登高望远分享 http://blog.sciencenet.cn/u/qsqhopeiggcas 天马行空,寻求真谛

博文

三峡水库蓄水后的近场与远场地震诱发效应 精选

已有 4534 次阅读 2018-10-16 09:51 |个人分类:科研随想|系统分类:科研笔记| 三峡水库, 诱发地震, 构造地震

 一、引子

      咱经常被朋友“投诉”,说电话不容易打通,这是因为咱一进入工作状态,手机会调成“静音”模式,一般也不常看。但通常快到饭点的时候,会瞄一眼,怕万一错过了有人请吃饭的机会,该有多遗憾呐。1011日下午约5半的时候,正在看手机,有位在宜昌工作的朋友打电话给咱,说宜昌秭归发生了两次有较强震感的地震(先4.54.1),感觉好怕怕哦,让咱指点下迷津。在电话中简单说了两句,告诉他准备写篇博文详细扯扯,这几天有点忙,别着急云云。

长期以来,由于对水库诱发地震和构造地震的机理不甚清楚,在江湖上不时流传着这样的传说:如三峡水库与汶川地震有关,紫坪铺水库诱发了汶川地震等【1-2】。然而,对资深科学家伙而言,这种“见风就是雨”的说法根本经不起推敲,随便举些例子就能一票否决,如在汶川地震区,紫坪铺水库建设前,该区曾发生了多次大地震,这如何解释呢?又如在宜昌地震区(三峡大坝在该区),三峡水库建设前,该区发生了多次强震,而在三峡水库开始蓄水后这么多年,该区未发生一次强震,这又该如何解释呢?

    一句话,只要有断层运动,只要某地震区当前地震周期有孕震锁固段,只要主震尚未发生,该区就会持续发生强震或大地震,水库蓄水仅是个影响地震活动性的trivial因素,其没有多大的“发言权”,该是把它拉下“神坛”的时候了。

欲想更进一步了解水库诱发地震和构造地震的机理,且听下述分解。

二、水库诱发地震类型

    主要与水库蓄水有关的地震,皆可称之为水库诱发地震,注意“水”是焦点因素,诱发地震范围一般包括:坝区、水库库盆或近岸范围内岩石破裂发生的地震(近场地震)。嗯,别拿“水”这个豆包不当干粮,事儿没那么简单,若让吃瓜群众明白,得分类按情况阐述。

2.1 地壳浅表部

有岩溶发育的库区,在水的作用下,岩溶塌陷可引发地震。还有水下或库岸岩坡滑动、崩塌也能引发地震。此外,还有一些其他的诱发地震类型,在此不再赘述。由于这些地震一般震级不大,造成的危害较小,本文暂且把它们晾在一边。

2.2 地壳深部

这里的深部一般指几公里至十几公里,再深的话,水难以渗进去了。这又分两种情况:第一种是水未深入到深部,则只有水体附加荷载作用,由于附加荷载随深度衰减较快【3】,到一定深度后,其对震源体的影响很小,可以忽略,故这种情况相当于没水库什么事儿,只有正常的构造地震。第二种情况是水渗入到了深部,则又分为3种情况:(1)水对某些非锁固段断层有活化作用,可引起断层内某些非均质体的破坏发生地震,但震级不大;(2)在水的作用下,若某些“死断层”中的锁固段因强度弱化而活化,也能发生地震,因水致软化效应有限,难以让“死断层”变为活断层,故这种情况较难发生;(3)在水的作用下,某些活断层中的锁固段,由于应力腐蚀作用会导致锁固段的加速破裂,这样地震频率会增加;另一方面,由于水能降低锁固段强度,起码在其体积膨胀点和峰值强度点处,发生的标志性地震震级会减小。孕震锁固段是地震区中积累高能量发生强震或大地震的载体,故本文仅关注情况(3)。需要强调的是,这种情况发生的地震,既有固有断层运动的作用(构造地震),也有水的作用(诱发地震),因兼而有之,实际上很难区分,但考虑到前者是主因,后者是次因,称为构造地震较合理些。

三、三峡水库蓄水前后宜昌地震区的地震活动性特征

以下,以宜昌地震区为例,看看三峡水库开始蓄水后,水渗入到断层深部锁固段中了吗?蓄水前后地震活动性有何变化?未来锁固段发生的标志性地震震级会受多大影响?

为便于理解,这里先介绍个基本概念。我们提出的最小有效性震级Mv,能最大程度地提取锁固段本身破裂事件,可理解为不小于Mv的地震仅为锁固段破裂事件,而小于Mv的为则包括锁固段和非锁固段破裂事件。这里进一步解释下,Mv一般不小于最小完整性震级Mc

三峡大坝为混凝土重力坝,坝轴线全长2309.5米,坝顶高程185米,最大坝高181米,主要由泄洪坝段、左右岸厂房坝段和非溢流坝段等组成。水库正常蓄水位175米、相应库容393亿立方米。汛期防洪限制水位145米,防洪库容221.5亿立方米(引自中国长江三峡集团有限公司官网,http://www.ctg.com.cn)。三峡水库蓄水时间与水位关系如图1所示,即 200361日开始蓄水(135米蓄水),2006920日按计划进行156米蓄水,2008928日进行尝试性175米蓄水,随后又进行了两次试验性蓄水,并成功蓄水至175米正常水位。

 

image.png

1 三峡库区200211月至20136月坝前水位变化曲线

如图2所示,三峡大坝位于宜昌地震区内。宜昌地震区当前地震周期发生了3次可判识的标志性地震,分别为788312日湖北房县西北MS6.5地震、1631814日湖南常德MS6.8地震和1856610日湖北咸丰MS6.6地震(图3)。看出来了吧,发生一次标志性地震有多难啊,该地震区为数百年哦。我们的研究表明,预计在下一次标志性地震(MS6.6~7.1)发生前,该区将发生不超过MS6.4预震。目前,该地震区远离临界状态,估计没有大几十年的时间,该标志性地震不会发生。

咸丰地震后,在193246日,该区曾发生湖北麻城北MS6.0地震(预震),之后再无强震发生。顺便提醒下,未来本来有大事儿,但长期未发生强震的地震区,强震危险性会大增,为此建议有关部门先采取应对不超过MS6.4地震的防范措施。

上述3次标志性地震和强震都发生在三峡水库蓄水前,可归为正常的构造活动所致,表明地震并不需要水库的“帮忙”。

选择1856610日(1856MS6.6标志性地震发生后)至20181012日为时间窗口,分析三峡库区水位变化对宜昌地震区及涵盖三峡大坝研究区MS≥5.0Mv=MS5.0地震活动性的影响。

image.png

2 宜昌地震区地震构造图

image.png

3 宜昌地震区公元前143.6.7-2018.10.12之间CBS值与时间关系

(数据分析时选取MS≥5.0地震;误差修正已被考虑)

三峡水库蓄水渗入到了断层深部对孕震锁固段起作用,则能增强地震频度。由图4知,水库蓄水后,宜昌地震区分别发生了两次MS5.0MS5.1地震,前者发生在2008年靠近四川绵阳的地方,可认为蓄水与其无关,为正常的构造地震;后者发生在2013年巴东,距三峡大坝较近(研究区内),但难以判明是库水参与下的构造地震还是正常的构造地震。由图5知,在研究区内,蓄水前后各发生了一次震中相距较近的MS5.1地震。结合这两张图知,目前不能给出蓄水渗入到了断层深部对当前孕震锁固段起作用的结论。由于蓄水后的时间较短,仍需进一步观察才能知道分晓。

如果蓄水渗入断层深部,进而能对宜昌地震区未来标志性地震的孕震锁固段起作用,则预期的标志性地震震级或为低值(MS6.6-6.8),否则可为高值(MS6.8-7.1)。咱再掰开了说说,若蓄水对锁固段起作用,其一是能降低标志性地震的震级,其二是或能使其发震时间提前。由于发震的早晚不是多大个事儿,该来的总会来的,但降低震级肯定是好事儿,这对三峡大坝未来几十年内的抗震安全有利。

image.png

4 宜昌地震区1856.6.10-2018.10.12之间MS-t图(MS≥5.0

image.png

5 涵盖三峡大坝研究区1856.6.10-2018.10.12之间MS-t图(MS≥5.0

小结下,在某地建设水库基本上无需考虑水库诱发地震的影响,仅考虑在水库使用寿命范围内、所在区域构造地震的发震潜力即可。至于如何评估,可参考我们提出的地震危险性评估新方法【4-5】。

四、讨论

基于上述认识,接着讨论汶川地震与三峡水库的关系问题。学过岩体水力学的童鞋们知道,库水通过较完整的岩体渗透不了多远,但沿着深部连通性较好的不连续面能渗透的较远,但总是有限度滴。若三峡水库的库水能渗透到龙门山断裂带,推测得沿康拉德界面这个渗流通道运移才有可能(考虑汶川地震的震源深度),但这个面并非连续分布,其连通性时断时续,所以说在短短几年内内库水能渗透到龙门山断裂带,进而引发汶川地震(该震的孕育过程参见【2】),纯属无稽之谈。我们的研究【1】表明,近邻的紫坪铺水库库水并未渗入到龙门山断裂带深部,更何谈遥远的三峡水库呢?汶川距离三峡大坝超过700公里,距离水库尾端的重庆也有300多公里,这么远的距离,三峡大坝背不上汶川地震的黑锅。即使退一万步讲,若汶川地震与三峡水库有关系,则三峡水库无意中起到了降低潜在的汶川地震震级的作用(汶川地震的发生是必然事件),从而减轻了地震灾害,是“无名英雄”,其何罪之有!嗯,对头,是该为三峡水库蒙受的“不白之冤”“平反昭雪”啦。

咱在此强调下,要搞清楚任何水库与地震的科学问题,必须从地震机制及其规律出发才能得出正确结论,除此别无他途。

参考

1】紫坪铺水库蓄水渗入到龙门山断裂带深部了吗?

http://blog.sciencenet.cn/blog-575926-1107528.html

【2】揭示汶川地震演化过程之谜

http://blog.sciencenet.cn/blog-575926-1109607.html

【3】浅谈流体注入诱发地震的机理 

http://blog.sciencenet.cn/blog-575926-1123257.html

4《雄安新区地震危险性评估》文章之导读

http://blog.sciencenet.cn/home.php?mod=space&uid=575926&do=blog&view=me&from=space&searchsubmit=yes

5】我组研究成果被《河北雄安新区规划纲要》采纳

http://blog.sciencenet.cn/blog-575926-1114384.html




http://blog.sciencenet.cn/blog-575926-1141053.html

上一篇:想得诺奖,按这个“公式”试试
下一篇:全球M≥9.0地震是如何炼成的?

14 宁利中 赵克勤 刘光银 李由 李学宽 吴斌 张国宏 黄永义 白龙亮 杨正瓴 吴晓娲 丰成君 李培 张明武

该博文允许注册用户评论 请点击登录 评论 (41 个评论)

数据加载中...

Archiver|手机版|科学网 ( 京ICP备14006957 )

GMT+8, 2018-11-13 23:51

Powered by ScienceNet.cn

Copyright © 2007- 中国科学报社

返回顶部