大岗山电站水库诱发地震的水文地质分析
|
摘要
水库诱发地震是由于水库蓄水产生的一种特殊类型的地震活动。水库诱发地震与库区地质环境和水库工程规模有着密切的联系，是衡量水库安全及大坝稳定性的重要因素。本文在总结水库诱发地震前人研究成果的基础上，系统分析了库水在水库诱发地震中的荷载效应，空隙水压力效应和对岩体的物理化学作用，从理论上讨论了水库诱发地震的水文地质机理，为水库诱发地震的水文地质分析提供依据。
大岗山电站位于大渡河断裂带、磨西断裂带和龙门山断裂带的交汇部位，新生代以来构造活动、地震活动和水热活动均较强烈。大岗山电站坝区岩体为花岗岩及辉绿岩脉，断裂和裂隙相当发育；其特殊的岩性构造特征决定坝区地下水埋藏特征为裂隙水。利用聚类分析手段对坝区地表水、地下水水化学宏量元素聚类；分析了坝区水样稀土含量特征、碳氧同位素特征和地表水径流模数；结合地下水动态变化特征对坝区地下水系进行划分，建立了坝区水文地质模型。
在对比研究水库诱发地震分析方法的基础上，作者提出水库诱发地震水文地质分析方法并利用该方法对坝区水文地质模型水库诱发地震作出评价，同时对坝区外围大型断裂的水库诱发地震进行了一定程度的分析。分析结果认为：(1)坝区F1断层及fl5断层地下水系诱发地震危险性较小，f5、f7断层地下水系及其与f2交汇部位是水库诱发地震的危险部位。(3)坝区外围的磨西断裂及大渡河断裂带中的得妥断层，F2断层的桃坪温泉附近具有发生水库诱发地震的有利条件。
Reservior-Induced Seimicity is a special seismic activity due to the conservation of reservior. Reservior-Induced Seimicity closely get in touch with the reservoir-region geological surrounding and engineering scale, is the important factor to measure the reservoir-safety and dam-stability. Based on the pre-research of Reservior-Induced Seimicity, the text analyzed water's load effect, interstitial water pressure and chemicophysical effect on rock in Reservior-Induced Seimicity and discussed hydrogeological mechanism of Reservior-Induced Seimicity. The analysis supplys reliance for the hydrogeological analysis of Reservior-Induced Seimicity.
DaGangShan power station is located in the intersected segment of DaDuHe break-zone MoXi break-zone and LongMenShan break-zone.The construct-actibity seimic activity and hot-water activity is stong from Cenozoic ear. The rock of DaGangShan power station is granity and dolerity rock vein developed with break and flaw. The embed feature of ground water is flaw-water with the special trait of rock-conformation .Sorted macro-ammount element in earthe's surface water and underground water with categorical-analyzed method,Analyzed the trait of rare earth c-o isotop in water pattern and the runoff mode number of earth's surface; With the dynamic variational characteristic of ground water, The text divided ground water system and build the hydrogeological model in dam-region.
Base on studying the analyzed-approach of Reservior-Induced Seimicity, Writer bring forward the hydrogeological analyzed method for Reservior-Induced Seimicity, And with that eatimated the Reservior-Induced Seimicity of hydrogeological model model in dam-region. At the same time analyzed the Reservior-Induced Seimicity danger of large-scale break in periphery of dam region. The analyzed result are : (1) The F1 fault and f15 fault ground water system's dangerous of Reservior-Induced Seimicity is lower; The f5 fault f7 fault ground water system and the intersected segment of f5 f7 and f2 fault are the dangerous part of Reservior-Induced Seimicity. (2) MoXi break-zone , DeTuo fault of DaDuHe break-zone and TaoPing hot-water vicinity of F2 fault have the advatanged condition for Reservior-Induced Seimicity.
大岗山电站位于大渡河断裂带、磨西断裂带和龙门山断裂带的交汇部位，新生代以来构造活动、地震活动和水热活动均较强烈。大岗山电站坝区岩体为花岗岩及辉绿岩脉，断裂和裂隙相当发育；其特殊的岩性构造特征决定坝区地下水埋藏特征为裂隙水。利用聚类分析手段对坝区地表水、地下水水化学宏量元素聚类；分析了坝区水样稀土含量特征、碳氧同位素特征和地表水径流模数；结合地下水动态变化特征对坝区地下水系进行划分，建立了坝区水文地质模型。
在对比研究水库诱发地震分析方法的基础上，作者提出水库诱发地震水文地质分析方法并利用该方法对坝区水文地质模型水库诱发地震作出评价，同时对坝区外围大型断裂的水库诱发地震进行了一定程度的分析。分析结果认为：(1)坝区F1断层及fl5断层地下水系诱发地震危险性较小，f5、f7断层地下水系及其与f2交汇部位是水库诱发地震的危险部位。(3)坝区外围的磨西断裂及大渡河断裂带中的得妥断层，F2断层的桃坪温泉附近具有发生水库诱发地震的有利条件。
Reservior-Induced Seimicity is a special seismic activity due to the conservation of reservior. Reservior-Induced Seimicity closely get in touch with the reservoir-region geological surrounding and engineering scale, is the important factor to measure the reservoir-safety and dam-stability. Based on the pre-research of Reservior-Induced Seimicity, the text analyzed water's load effect, interstitial water pressure and chemicophysical effect on rock in Reservior-Induced Seimicity and discussed hydrogeological mechanism of Reservior-Induced Seimicity. The analysis supplys reliance for the hydrogeological analysis of Reservior-Induced Seimicity.
DaGangShan power station is located in the intersected segment of DaDuHe break-zone MoXi break-zone and LongMenShan break-zone.The construct-actibity seimic activity and hot-water activity is stong from Cenozoic ear. The rock of DaGangShan power station is granity and dolerity rock vein developed with break and flaw. The embed feature of ground water is flaw-water with the special trait of rock-conformation .Sorted macro-ammount element in earthe's surface water and underground water with categorical-analyzed method,Analyzed the trait of rare earth c-o isotop in water pattern and the runoff mode number of earth's surface; With the dynamic variational characteristic of ground water, The text divided ground water system and build the hydrogeological model in dam-region.
Base on studying the analyzed-approach of Reservior-Induced Seimicity, Writer bring forward the hydrogeological analyzed method for Reservior-Induced Seimicity, And with that eatimated the Reservior-Induced Seimicity of hydrogeological model model in dam-region. At the same time analyzed the Reservior-Induced Seimicity danger of large-scale break in periphery of dam region. The analyzed result are : (1) The F1 fault and f15 fault ground water system's dangerous of Reservior-Induced Seimicity is lower; The f5 fault f7 fault ground water system and the intersected segment of f5 f7 and f2 fault are the dangerous part of Reservior-Induced Seimicity. (2) MoXi break-zone , DeTuo fault of DaDuHe break-zone and TaoPing hot-water vicinity of F2 fault have the advatanged condition for Reservior-Induced Seimicity.
引文
[1] 张倬元，王士天，王兰生编，工程地质分析原理。地质出版社，1993，北京
[2] 丁原章等，水库诱发地震，地震出版社，1989，北京
[3] 国家地震局地震研究所编，中国诱发地震，地震出版社，1984
[4] 易立新．水库诱发地震原理及三峡水利工程诱发地震研究．中国地震局地质研究所，博士论文
[5] 水利水电部成都勘测设计研究院．大岗山水电站工程地质勘查报告，1983
[6] 王大纯、张人权、史毅虹．水文地质学基础．北京：地质出版社，1989
[7] 谢禹群、朱学愚．地下水动力学．北京：地质出版社，1979
[8] 李方全、张伯崇、苏恺之，三峡坝区水库诱发地震研究——茅坪钻孔的现场测试和分析，地震出版社，1993，北京
[9] 《长江三峡工程重大地质和地震问题研究》编写组．三峡工程重大地质和地震问题研究．北京：地震出版社，1992
[10] 蒋溥、戴思丽．工程地震学概论．北京：地震出版社，1993
[11] 邵爱军，刘唐生等，煤矿地下水与地板突水，地震出版社，2001
[12] 于品清，从水文地质条件探讨未来三峡水库发生构造型水库地震的可能性，华南地震，1993．(1)[76～83]
[13] 张寿全、陈梦熊、黄巍、王思敬，从系统理论看现代水文地质学的几个基本概念，水文地质工程地质，1993．(3)[3～7]
[14] 辜明清，大桥水库主要工程地质问题的分析和评价，四川水力发电，2003．(2)[1～8]
[15] 黄乃安、张绍波，丹江口水库诱发地震趋势研究，华南地震，1991．(4)[67～74]
[16] 国家地震局地震研究所编，丹江口水库诱发地震文集，地震出版社，1980，北京
[17] 宋贯一、易立新、宋小斌，地下热水对断裂活动与地震活动的影响研究，地震学报，2000．(5)[632～636]
[18] 朱珍德，地下水对裂隙岩体强度的影响，山东科技大学学报，2000．(3)[18～21]
[19] 夏金梧，鄂西盐池河温泉成因及其对水布垭水利工程地壳稳定性的影响，地壳变形与地震，1995．(4)[70～76]
[20] 柴军瑞、许彦卿、袁继国，裂隙水流对裂隙壁的双重力学效应，工程勘查，2002．(5)[20～24]
[21] 孙广忠，论“岩体结构控制理论”，工程地质学报，1993．9[14～19]
[22] 刘峰，水口水库诱发地震的环境条件和库区垂直变形特征，华南地震，1999(4)[77～81]
[23] 杨清源、陈献程，水库诱发地震预测，地震地质，1998(3)[269～273]
[24] 张润贤、张玉林，水库诱发地震的工程意义，江西地质，1998(3)[75～79]
[25] 常春、周德培、郭增军。水对岩石屈服强度的影响，华南地震，1999(4)[77～81]
[26] 张电吉、白世伟、渗透水压力对节理裂隙岩质边坡的影响，岩石力学与工程学报，2003(2)[4～6]
[27] 杨清源、陈晓莉、陈献程，水库诱发地震的最大震级及其发震时间的预测研究，地震学报，2001(5)[523～529]
[28] 杜时贵、杜军君，水库诱发地震可能性定量预测，浙江工业大学学报，1997(1)，[70～74]
[29] 易立新、车应太、王广才，水库诱发地震研究的历史、现状和趋势，华南地震，2003(1)[28～37]
[30] 李华晔，水库诱发地震与环境关系研究(一)，华北水利水电学院学报，1999(1)，[32～36]
[31] 易立新、王广才等，水文地质结构与水库诱发地震，水文地质工程地质，2004(2)，[29～32]
[32] 陈献程，四川宝兴河饶皟、中岗水电工程水库诱发地震可能性的初步评价，华南地震，2000(2)，[68～76]
[33] 谢定原，新丰江水库区水力扩散与诱发地震活动性分析，高原地震，1996(1)[27～35]
[34] 徐则明、黄润秋等，河谷应力集中及岩体响应，工程勘察，2003(1)，[4～8]
[35] 许模、王士天等，官地水电站坝区承压水形成的主控因素研究，地质灾害与环境保护，2001(1)，[65～68]
[36] 张林洪、唐春安等，孔隙水压作用下岩样加载破坏过程的数值模拟，岩土力学，2000(4)，[378～382]
[37] 龚宇，论褶皱构造在水库诱发地震中的作用，四川地震，2000(4)，[39～42]
[38] 周荣军、龚宇等，木格措电站库坝区水库诱发地震的可能性评价，水电站设计，2001(2)，[81～88]
[39] 李国郴，三峡工程建基岩体的渗透性特征，中国三峡建设，1998．6，[17～19]
[40] 张文甫，水库地震诱震区预测与强度评价，四川水力发电，2000(2)，[86～89]
[41] 钟声辉，水岩体系中地下水效应与边坡稳定性研究，铁道工程学报，1999(4)，[86～90]
[42] 许模、王士天等，铜街子水库顺层空隙水压力扩散的模拟研究，成都理工学院院报，2000(1)，[63～68]
[43] 周荣军、何玉林等，鲜水河-安宁河断裂带磨西-冕宁段的滑动速率与强震部位，中国地震，2001(3)，[253～262]
[44] A.Bozovic, Peview and Appraisal of Case Histories Related to seismic Effects of Reservior Impounding[J], Eng. Geol. 1974, 8: 9
[45] 肖淑芳、杨淑碧，岩体力学，地质出版社，1987．5，北京
[46] 张寿全，水文地质结构系统的基本原理及其研究——以山西太原地区为例，硕士论文，中国科学院地质研究所，1990
[47] 赵同新，试从水文地质角度探讨水库诱发地震机制及其在龙羊峡地震地质中的应用，硕士论文，水利水电科学院，1987
[48] DingYuangZhang. The Reserbior induced Earthquakes in China [J]. Gerland Beituge Zur Geophysik. 1990 99:181
[49] David.W.Simpson. T.N.Narasimhan ,Inhomogeneities in Rock Properties and Their Influence on Reservior Induced Seismicitu[J], Gerland Beituge Zur Geophysik. 1990 99:205
[50] David.W.Simpson. S.Kh.Negmatullaev, Induced seismicity at Nurek Reservior [J], Bulletin Seismol, Soc.Am, 1981. 71:1561
[51] Harsh.K.Gupta, Reservior Induced Earthquake[M], New York: elsevier 1992
[52] P.J.Smith. Reserbiors and Triggering of Earthquake[J] Natare 1982 295:9
[53] Ping.Hu, YuLiang Hu, Advances in Reservior Induced Seimicity Rearch in China [J] Techonophysics 1992,331
[54] 夏其发 水库诱发地震评价研究，中国地质灾害与防治学报，2000(2)，[46～50]
[55] 陶振宇 唐方福，东江水库诱发地震的预测研究，四川水力发电 1989(3)，[40～45]
[56] D.I.Gough, W.I.Gough, Stress and Deflection in the Lithosphere near Lake Kariba ,2. Geophys, J.R.Astr.21, NO.1, 1970
[57] Beck, Load-induced Stress and Their Relation to the Initial Stress field, Jour of Geophysics, Vol.48, NO.2, 1980
[58] David W.Simpson. W.S.Leith and C.H.Scholz, Two Types of Reservior-Induced Seimicity.78.Bull.Seimol.Soc. Am.2025(1988)
[59] 谭周地、薄景山等，长江三峡工程库首区地壳稳定性评价与水库诱发地震预测，地质出版社，1991，北京
[2] 丁原章等，水库诱发地震，地震出版社，1989，北京
[3] 国家地震局地震研究所编，中国诱发地震，地震出版社，1984
[4] 易立新．水库诱发地震原理及三峡水利工程诱发地震研究．中国地震局地质研究所，博士论文
[5] 水利水电部成都勘测设计研究院．大岗山水电站工程地质勘查报告，1983
[6] 王大纯、张人权、史毅虹．水文地质学基础．北京：地质出版社，1989
[7] 谢禹群、朱学愚．地下水动力学．北京：地质出版社，1979
[8] 李方全、张伯崇、苏恺之，三峡坝区水库诱发地震研究——茅坪钻孔的现场测试和分析，地震出版社，1993，北京
[9] 《长江三峡工程重大地质和地震问题研究》编写组．三峡工程重大地质和地震问题研究．北京：地震出版社，1992
[10] 蒋溥、戴思丽．工程地震学概论．北京：地震出版社，1993
[11] 邵爱军，刘唐生等，煤矿地下水与地板突水，地震出版社，2001
[12] 于品清，从水文地质条件探讨未来三峡水库发生构造型水库地震的可能性，华南地震，1993．(1)[76～83]
[13] 张寿全、陈梦熊、黄巍、王思敬，从系统理论看现代水文地质学的几个基本概念，水文地质工程地质，1993．(3)[3～7]
[14] 辜明清，大桥水库主要工程地质问题的分析和评价，四川水力发电，2003．(2)[1～8]
[15] 黄乃安、张绍波，丹江口水库诱发地震趋势研究，华南地震，1991．(4)[67～74]
[16] 国家地震局地震研究所编，丹江口水库诱发地震文集，地震出版社，1980，北京
[17] 宋贯一、易立新、宋小斌，地下热水对断裂活动与地震活动的影响研究，地震学报，2000．(5)[632～636]
[18] 朱珍德，地下水对裂隙岩体强度的影响，山东科技大学学报，2000．(3)[18～21]
[19] 夏金梧，鄂西盐池河温泉成因及其对水布垭水利工程地壳稳定性的影响，地壳变形与地震，1995．(4)[70～76]
[20] 柴军瑞、许彦卿、袁继国，裂隙水流对裂隙壁的双重力学效应，工程勘查，2002．(5)[20～24]
[21] 孙广忠，论“岩体结构控制理论”，工程地质学报，1993．9[14～19]
[22] 刘峰，水口水库诱发地震的环境条件和库区垂直变形特征，华南地震，1999(4)[77～81]
[23] 杨清源、陈献程，水库诱发地震预测，地震地质，1998(3)[269～273]
[24] 张润贤、张玉林，水库诱发地震的工程意义，江西地质，1998(3)[75～79]
[25] 常春、周德培、郭增军。水对岩石屈服强度的影响，华南地震，1999(4)[77～81]
[26] 张电吉、白世伟、渗透水压力对节理裂隙岩质边坡的影响，岩石力学与工程学报，2003(2)[4～6]
[27] 杨清源、陈晓莉、陈献程，水库诱发地震的最大震级及其发震时间的预测研究，地震学报，2001(5)[523～529]
[28] 杜时贵、杜军君，水库诱发地震可能性定量预测，浙江工业大学学报，1997(1)，[70～74]
[29] 易立新、车应太、王广才，水库诱发地震研究的历史、现状和趋势，华南地震，2003(1)[28～37]
[30] 李华晔，水库诱发地震与环境关系研究(一)，华北水利水电学院学报，1999(1)，[32～36]
[31] 易立新、王广才等，水文地质结构与水库诱发地震，水文地质工程地质，2004(2)，[29～32]
[32] 陈献程，四川宝兴河饶皟、中岗水电工程水库诱发地震可能性的初步评价，华南地震，2000(2)，[68～76]
[33] 谢定原，新丰江水库区水力扩散与诱发地震活动性分析，高原地震，1996(1)[27～35]
[34] 徐则明、黄润秋等，河谷应力集中及岩体响应，工程勘察，2003(1)，[4～8]
[35] 许模、王士天等，官地水电站坝区承压水形成的主控因素研究，地质灾害与环境保护，2001(1)，[65～68]
[36] 张林洪、唐春安等，孔隙水压作用下岩样加载破坏过程的数值模拟，岩土力学，2000(4)，[378～382]
[37] 龚宇，论褶皱构造在水库诱发地震中的作用，四川地震，2000(4)，[39～42]
[38] 周荣军、龚宇等，木格措电站库坝区水库诱发地震的可能性评价，水电站设计，2001(2)，[81～88]
[39] 李国郴，三峡工程建基岩体的渗透性特征，中国三峡建设，1998．6，[17～19]
[40] 张文甫，水库地震诱震区预测与强度评价，四川水力发电，2000(2)，[86～89]
[41] 钟声辉，水岩体系中地下水效应与边坡稳定性研究，铁道工程学报，1999(4)，[86～90]
[42] 许模、王士天等，铜街子水库顺层空隙水压力扩散的模拟研究，成都理工学院院报，2000(1)，[63～68]
[43] 周荣军、何玉林等，鲜水河-安宁河断裂带磨西-冕宁段的滑动速率与强震部位，中国地震，2001(3)，[253～262]
[44] A.Bozovic, Peview and Appraisal of Case Histories Related to seismic Effects of Reservior Impounding[J], Eng. Geol. 1974, 8: 9
[45] 肖淑芳、杨淑碧，岩体力学，地质出版社，1987．5，北京
[46] 张寿全，水文地质结构系统的基本原理及其研究——以山西太原地区为例，硕士论文，中国科学院地质研究所，1990
[47] 赵同新，试从水文地质角度探讨水库诱发地震机制及其在龙羊峡地震地质中的应用，硕士论文，水利水电科学院，1987
[48] DingYuangZhang. The Reserbior induced Earthquakes in China [J]. Gerland Beituge Zur Geophysik. 1990 99:181
[49] David.W.Simpson. T.N.Narasimhan ,Inhomogeneities in Rock Properties and Their Influence on Reservior Induced Seismicitu[J], Gerland Beituge Zur Geophysik. 1990 99:205
[50] David.W.Simpson. S.Kh.Negmatullaev, Induced seismicity at Nurek Reservior [J], Bulletin Seismol, Soc.Am, 1981. 71:1561
[51] Harsh.K.Gupta, Reservior Induced Earthquake[M], New York: elsevier 1992
[52] P.J.Smith. Reserbiors and Triggering of Earthquake[J] Natare 1982 295:9
[53] Ping.Hu, YuLiang Hu, Advances in Reservior Induced Seimicity Rearch in China [J] Techonophysics 1992,331
[54] 夏其发 水库诱发地震评价研究，中国地质灾害与防治学报，2000(2)，[46～50]
[55] 陶振宇 唐方福，东江水库诱发地震的预测研究，四川水力发电 1989(3)，[40～45]
[56] D.I.Gough, W.I.Gough, Stress and Deflection in the Lithosphere near Lake Kariba ,2. Geophys, J.R.Astr.21, NO.1, 1970
[57] Beck, Load-induced Stress and Their Relation to the Initial Stress field, Jour of Geophysics, Vol.48, NO.2, 1980
[58] David W.Simpson. W.S.Leith and C.H.Scholz, Two Types of Reservior-Induced Seimicity.78.Bull.Seimol.Soc. Am.2025(1988)
[59] 谭周地、薄景山等，长江三峡工程库首区地壳稳定性评价与水库诱发地震预测，地质出版社，1991，北京