由於人類活動而誘發的地震,特別是水庫誘發的地震(簡稱水庫地震)、地下核爆炸誘發的地震等。
水庫地震 最早發現於20世紀30年代,它是在特殊的地質條件下,由於蓄水改變自然環境而引起,至今世界上已有近百次明顯的水庫地震。水庫地震震源淺,震中多在庫壩區附近,震級同壩高和庫容有關。高壩大型水庫蓄水後出現的水庫地震活動,在誘發地震中是極危險的。全世界已有的4次次6級以上水庫地震,均發生在壩高超過100米、庫容超過27億立方米的水庫,最大的一次震級6.5級,震中烈度為Ⅷ度(見表)。
世界6級以上水庫地震統計表水庫 | 卡裡巴(贊比亞與津巴佈韋) | 新豐江(中國) | 柯伊納(印度) | 克雷馬斯塔(希臘) | 壩高(m) |
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128 | 105 | 103 | 147 | 庫容(108m3) | 1 604. 7 |
115 | 27.8 | 47.5 | 蓄水年月 | 1958–12 | 1959–10 |
1961 | 1965–07 | 發現地震時間 | 1959 | 1959–11 | 1962 |
1965–12 | 主震 | 時間 | 1963–09 | 1962–03 | 1967–12 |
1966–02 | 震級M主s | 6.1 | 6.1 | 6.5 | 6.2 |
最大餘震 | 時間 | 1963–09 | 1964–09 | 1967–12 1968–10 |
1966–05 1966–06 |
震級M餘s | 6.0 | 5.3 | 5.2 | 5.5 | M餘s/M主s |
0.98 | 0.87 | 0.83 | 0.89 | 關系的b值地震頻度與震級 | 前震 |
1.18 | 1.12 | 1.87 | 1.41 | 餘震 | 1.02 |
1.04 | 1.09 | 1.12 | 區域構造地震 | 0.53 | 0.72 |
0.47 | 0.64 | 餘震次數衰減系數 | 1.0 | 0.9 | 1.0 |
0.78 |
根據現有的震例,易發生水庫地震的地質條件為:庫區存在規模較大的、近代仍有活動的陡傾角斷層和易受水化作用的碳酸鹽類、矽酸鹽類巖石;庫區巖體的完整性受到破壞,斷裂發育,構造巖性不均一;斷層的透水性能好,庫水向下滲透有良好通道,周圍有隔水層能保持一定承壓的地質環境以及溫泉分佈區和地熱異常區等。
水庫地震不同於一般的構造地震,大多數地震活動同水庫水位有對應關系,一般在蓄水後不久便出現地震活動,且隨水位上升其頻度與強度也增高。大震往往在最高水位附近發生,大震後這種對應關系也會有變化。一般認為僅地震頻度同水位相關,也有人認為地震活動主要同水位的增減速率有關。極少數震例表明,蓄水起瞭抑制作用。
中國新豐江水庫區震中分佈圖水庫地震的震中大多數密集分佈在庫壩區和庫區邊緣(見圖),而且沿隱伏構造帶走向或破裂帶斷裂面延伸。震中烈度高於相同震級的一般構造地震,烈度衰減也較緩慢。地震序列多為微震群型,多數地震活動持續時間很長,甚至幾十年仍在活動。
水庫地震的成因至今尚未完全弄清楚,但不少人認為哈伯特–魯比理論是一個可能的解釋。其要點為:在庫水的動力作用下,庫水向下滲透,增大瞭巖體內孔隙水壓力,導致斷裂面上有效應力減小和抗剪強度的減低。當斷裂面上的剪應力值一旦超過其抗剪強度,便會發生地震。也有人認為水庫地震是水體荷重在有利的地段形成應力高度集中所引起;或者是構造應力在蓄水前已接近臨界值,蓄水後由水體荷重的間接作用引起。尤其是當水體荷重和構造應力這兩個應力場的主應力方向相一致時,疊加起來的作用更大。其他如軟化、溶解、吸附、膨脹、溫度差異應力、應力腐蝕等庫水對庫區巖體斷裂面的物理和化學作用也會造成巖石抗剪強度的降低,促使裂隙擴展與小震活動。極淺源的小震活動本身也會導致斷裂端部的應力集中,出現向深部擴展的活動和引起更大的地震發生。
深井地震 20世紀60年代中期,美國丹佛一口處理廢液的3 671米深井,在停止註液後發生瞭3次震級5級以上的地震,從而引起瞭人們對深井註水和抽水誘發地震的註意。
註水誘發地震的機制,不少人認為也可以用哈伯特–魯比理論解釋。1969年,美國地質調查局在蘭奇利油田,首次進行瞭控制性註水誘發地震試驗,證明瞭有效應力理論和修正的庫侖剪切破裂準則得出的定量關系是存在的。
抽水誘發地震是由於孔隙水壓力的降低引起巖石的差異性壓縮、地面呈現沉陷和向心位移以及巖體內部三維應力狀態的改變,破壞瞭原有的穩定條件所致。
采礦誘發地震 在礦山開采過程中,局部應力場變化造成的巖石破裂直接引起的。其中包括塌陷(即巖石靠自重崩落)、巖爆(巖石猛烈破裂並湧出坑道)、噴爆(巖石中的氣體夾雜巖塊猛烈噴出)、巖炮(巖石猛烈破裂和錯動,但一般不危及坑道)4類。采礦誘發地震的強度取決於開采的幾何條件和速率。已有的資料表明,其震級一般很小,最大3~5級。
地下核爆炸誘發地震 20世紀60年代美國內華達州地下核爆炸試驗之後,陸續發現誘發地震。這種地震活動很像大震後的餘震,分佈范圍最遠可達百千米,震源最深約幾千米,最大震級不超過5級。這種誘發地震一般隻在高構造應力區域發生。
其他 如地下核廢料儲藏處的熱破裂效應,河流和灌溉的水位變化等也能誘發地震。
誘發地震震源區附近的巖石力學性質和應力狀態比較容易測定,是研究地震發生過程和探索控制地震途徑的天然試驗室。為瞭在特殊地質條件下的工程建設免遭誘發地震的危害,世界各國正在加強現場的有關實驗研究。