4.7.2.1　水库诱发地震实例

（1）印度科依纳水库诱发地震。

印度科依纳（Koyna）水库位于印度孟买城以南230km的地方，库容量27.8亿m3，水库面积116km2。科依纳水库于1954年开工建造，1963年完工。科依纳水库大坝高103m，大坝体积130万m3，大坝为粗石混凝土重力坝。印度科依纳水库不但大坝底下的地基十分理想，而且水库所在地区的地质结构完整，从地质板块学的观点来看，这座水库是建造在印度板块上，是印度—澳大利亚板块的一部分，于百万年前就已经形成。人们认为这种地质结构是最稳定的，即所谓的无震区，而且在水库建造之前，也没有地震的记载。大坝位于前寒武纪地质带上，地质条件非常优越。但就在这里却发生了至今为止记录在案的强度最大的地震。1963年科依纳水库竣工并当即蓄水启用。在这之后，附近地区就小震不断，在1964年和1965年之间，最高一周地震次数达40多次。水库在1965年蓄满水，之后地震次数增多，强度加大，到1967年，一周地震次数竟高达320次。在1967年9月13日发生了一次震级5.5级的地震，1967年12月11日在大坝附近发生了为震级6.5级的地震，震中烈度为Ⅷ度。这次地震的震源就在水库大坝附近离地面9～23km的地方。这次地震影响的范围很大，整个印度半岛的西半部分都能感觉到该次地震的影响。由于水库诱发地震而直接死亡人数约为177人，受伤人数超过1700人。该地区大批房屋倒塌或是受到严重损坏，成千上万的人无家可归。科依纳水库的大坝虽然没有因地震而倒塌，但受到严重损坏，水泥大坝两面出现了多处裂缝，有几处水都从裂缝处渗透出来，不得不采取多种措施补救。科依纳水库的发电机组和涡轮机受到严重的损坏。在地震发生之后，工程地质人员对该地的地质情况进行调查，发现原来认为是坚硬的玄武岩中，原来有许多中小断层。这些被认为是不活动的断层，在水库建造之后，又重新活动起来。由于水库大坝高度大，相应的水压也大，大量库水渗透进去，使岩石间的摩擦力大为减小，从而破坏了岩石间的应力平衡，造成了断层的运动，这种运动的结果便是地震。印度科依纳水库地震的一个重要的现象就是，只要一进入雨季，水库水位高涨，水压加大，水库地震就会发生。在印度科依纳水库诱发地震之前，人们认为水库诱发地震的强度不会超过6级。但是科依纳水库诱发地震之后，这个指标修正为6.5级。

（2）美国的Oroville水库诱发地震。

Oroville水库大坝高236m，水库库容43.65亿m3，是美国最大的水库之一。Oroville水库所在地区很少有地震活动，只是在水库大坝周围50km的范围内发生过一些轻微的地震，记录的最强的一次地震发生在1950年2月8日，地震震级为5.7级，震中在水库大坝北边50km的地方，当时没有产生大的破坏，也就没有引起人们特别的注意。由于Oroville水库大坝高，库容大，在大坝建造之前，对地震问题还是颇为重视，1963年在距1940年震中1km远的地方，安装了地震仪来监测地震活动，寻找地震原因。Oroville水库从1967年11月完工开始蓄水，1968年9月蓄满。无论是在大坝建造时，还是在大坝建造成后，一直到大坝蓄满水后的1975年初，在方圆30km的范围内，地震仪只记录了一些轻微的地震，与过去的记录没有变化。在1975年6月28日，Oroville水库大坝的西南面发生了几次小的地震。人们当时不可能知道，这些小震是大地震的前兆，还以为是像往常一样，像在加利福尼亚州的一些地区发生的普通小地震。尽管如此，人们还是增添了几台可移动的地震仪。在7月人们就在这个地区观察到近20次地震。最大的一次的地震震级为4.7级。到7月底地震震级似乎有所减弱。8月1日清晨，位于贝克来的加利福尼亚大学的地震观测中心的警报系统响了。Oroville水库大坝附近发生了震级为4.7级的地震。在上午6：30左右，在Oroville水库大坝附近又发生了几次小地震。负责水库地震研究的科研人员认为，这是地震活动又重新活跃起来的表现，有可能会发生大的地震，这种可能性虽说不大，但是很实际。为此，一位值班的工程师对水库大坝及其他设施做了专门的检查。在检查过程中，也就是在8月1日中午稍后，发生了震级为5.7级的地震。震中距离Oroville水库的大坝仅10km。最后确定地震烈度为Ⅶ度。大坝上的加速仪测得的最大水平加速度为0.15g。地震地区的损失不是很严重。一些烟囱倒了，一些阳台的墙倒到大街上，一些结构不牢的房屋倒塌，水库大坝的设施没有受到损害。科研人员根据地震仪所得到的资料对地震活动进行了研究，得到的结果是：地震震源以60°的角度向西倾斜。震源中心的深度，在西部约为12km，在东部接近地面。岩石沿着震动面向北北偏西的方向发生了位移。如果人们把地震面向地面延长，就可在水库南面得到一条切线。几天之后地质工作者就在这假设的切线附近找到了断裂。人们挖了许多坑槽，发现这是一个存在了很久的地震面而形成的断裂。在最近的1万年中发生过多次垂直的活动。每次的位移只有几个厘米。根据野外的观察发现，这条到地面终止的断裂线有5km长，只是这个地区长满了草，不易为人们所发觉。根据这个发现，人们对这次地震是否是由水库建设而引起的作出了不同的推测。多数人的意见认为，地震是由水库建造和蓄水所造成的。毫无疑问，水库蓄水通过地壳里岩石的水，增加了额外压力，尽管这个压力的激励在扩散过程中减弱，但也许正好碰上了原来岩层中的断裂的薄弱处，也可以足够使原来小的裂缝扩大，从而诱发了地震。虽然这次地震对周围地区没有造成很大的损失，但是公众对这次地震却是十分关心，特别是对离Oroville水库大坝65km的、正在建设之中的Auburn水库大坝。Auburn水库大坝是加利福尼亚州Auburn-folson南部地区规划的一个重要组成部分。Auburn水库大坝是当时规划的世界上最大的双曲拱型大坝，在可行性研究时对水库地区的地质调查，结论是地震活动特别弱，而地层稳定，岩体坚硬。1968年开始前期施工，到1975年Oroville水库地区发生地震后，Auburn水库大坝工程就停止施工，重新对水库诱发地震进行调查研究。这次调查研究的结果是，原来认为不活动的断裂，还是有可能复活，重新开始活动。论证和讨论一直延续了5年，最后得出了Auburn水库地区水库诱发地震的最大震级可达6.5级，震中离大坝的最近距离可能为3.7km，最大地震烈度可能达到Ⅷ度。根据这个研究结果，重新修改了大坝的设计和投资预算，Auburn水库大坝才重新开工。

（3）美国胡佛水库诱发地震。

胡佛大坝建造在科罗拉多河上，坝高142m，胡佛水库又称米德湖，水库容量为350亿m3，于1935年开始蓄水，为当时世界上最大的水库。米德湖这一带历史上没有地震记录。但是到1936年9月，当水库蓄水到100m深时，出现了第一次地震。此后地震活动随着水库水位的增高而增加。1937年，水库水位上升到100m，这年发生了约100次可感地震。1938年在胡佛水库地区设置地震台网进行仪器观测，在这一年记录了7000次地震，其中一些地震是人感觉不到的。根据仪器观测，发现地震集中在米德湖附近方圆35km的地区之内，震中沿断层集中，震源深度平均小于9km（根据4个观测台测定的震中位置，误差可小于1km）。到了1939年5月，水库蓄满水已达9个多月，正常水位平均保持在143m左右，因蓄水增加的地面负荷达350亿t，这时的地震活动达到了高潮，其中包括一次震级为5级的地震。在这之后的几年中，地震活动有所增加。从1935年开始蓄水的10年间，在8000km2的范围内，共发生了约6000次地震。再之后，地震活动渐次率减，总的趋势是下降，但仍跟着水位变化波动，至今尚未完全平息。在1972年8、9月之间，米德湖附近地区又发生了两次震级为4级的地震，当时的蓄水为400亿m3。在地震发生之后进行的地质调查，证明这个地区的地质情况很复杂，岩石成分中有花岗岩、片麻岩、前寒武纪片岩、砂岩和灰岩，以及第三纪火山岩，并在地表出露许多断裂，特别是水库南缘的几条大断层，尤其重要。根据地质学家的意见，认为水库盆地的断层自上新世以来已入稳定状态，修建了大坝之后，米德湖水库的水负荷增加，使断层又复活起来。

（4）Vaiont水库诱发地震和滑坡山崩。

在意大利北部阿尔卑斯山区，Vaiont河流在石灰岩中塑造了一条又深又窄的峡谷。在Vaiont流入Piave河流的汇合处，这里河谷开阔，在汇合处上游2km的地方，建造了一座坝高为285m的水库大坝，为当时世纪上最高的拱形大坝。大坝于1960年完工。Vajont水库大坝的主要目的是发电，防洪是第二位的。水库库区在大坝后由西向东延伸，设计水库蓄水能力为1.66亿m3。在水库的南边是Monte-Toc山，是个主要由石灰岩和破碎的泥灰岩组成的山体，山体不稳定。但是，当时大多数工程师和地质学家认为，尽管有发生较小的滑坡的可能性，由于山坡的上部陡峭，而下部的地层倾斜度小，所以大部分的山体还是稳定的。结论虽然如此，工程师们还是认为要对Montetoc山进行观测。1960年2月，水库开始蓄水，工程师们就在山坡上设置标志，以便测量可能发生的山体位移。不久，工程师们就从观察中得出结论，只要水库的水位上升，Montetoc山体就向下运动；随着水位上升速度的加快，山体就向下运动的速度也加快。如果库区的水位上升到距坝顶25m，山体就向下运动的速度为1cm/d。地震活动也与水库蓄水有关。1961年，水库中的水被部分排空，地震活动几乎接近零。1962年4月，水库蓄水达到155m，发生了15次地震。1963年夏季降雨特别多，水库的水位在8月上升到以往未曾到大高度，距坝顶只有12m。紧接着，山体下滑运动加快，发出了警告的信息。当时采取了紧急措施，马上放水降低水库的水位到180m，在9月发生了60次地震。15天之后，10月1日22：41，Monte-Toc发生滑坡，滑坡的面积为地质学家估计的5倍。2.40亿m3的岩石，以30m/s的速度滑入水库。这个滑坡的力量如此巨大，以致西欧和中欧的所有的地震站都记录了这次震动。岩石滑入水中，激起100m高的水浪，越过大坝冲向下游。巨浪卷走了Longarone城的几乎所有的居民，冲毁了其他三个村庄，造成1600人死亡。

（5）阿斯旺大坝水库诱发地震。

阿斯旺大坝位于阿斯旺镇南部7km。大坝为堆石大坝，坝高111m，大坝体积为4200m3。阿斯旺大坝后的水库称纳塞尔水库，是为纪念已故总统纳塞尔。纳塞尔水库库容1640亿m3，水库面积6500km2。纳塞尔水库于1964年开始蓄水，到1978年，水库蓄水到达设计最高蓄水位177.80m。在这之后，水位一直保持在171～177m之间。1981年11月，发生了地震震级为5.6级的地震。在主震之前，发生了三次预震，在主震之后，发生了多次余震。震中分布在纳塞尔水库下的一个大范围内。震中的烈度估计在Ⅷ度，阿斯旺大坝处的烈度为Ⅵ度。1982年7月，又发生了同样强度等级的地震。阿斯旺大坝所在地区在历史上一直被认为是非地震地区。虽然一些科学家认为这是一次构造地震，但他们同时也认为，建造水库是诱发地震的原因之一。阿斯旺水库地震是在水库放水，水位降低时发生的。在发生地震之后，在瑞典专家的帮助下，在阿斯旺水库地区建立了地震观测台网。

（6）卡利巴水库诱发地震。

卡利巴大坝高125m，水库面积6649km2，水库蓄水量达1750亿m3。水库水位与沉积层上，同时发现有几条断裂，位置也已确定。1958年12月水库开始蓄水，这之后发生了多次地震，1959年发生22次地震，1961年发生15次地震，其中一次地震震级为4级，随后地震活动明显增加，仅1962年3月，就发生63次地震，1963年1—7月，发生61次地震。水库在1963年8月蓄满水。这时水库发生了一系列强烈的地震。最强的一次地震震级为6.1级，另一次地震震级为6.0级。被确定的10个震中均位于水库的最深处。主地震发生之后，发生了多次余震，以后几年，地震活动逐渐减弱。值得指出的是，在卡利巴水库建造之前，这里也是被认为是非地震地区。

通过各类已发表的文献和历史资料收集了1960—2009年期间发生在中国大陆地区ML≥2.9级的40次水库诱发地震，分析了40次地震与坝高、库容、蓄水时间、最高水位时间、最大诱发地震强度和发生时间的统计关系，并得出了各个参数之间的统计结论，此结论可为中国大陆地区水库最大诱发地震强度和发生时间的预测，以及后续发展趋势的判定提供参考依据。

1962年3月19日，在广东河源新丰江水库坝区发生了迄今我国最大的水库诱发地震，震级为6.1级。

4.7.2.2　水库诱发地震的表现特征及危害

水库诱发地震的表现特征及危害主要有以下方面：

（1）震中一般分布在库坝附近。

（2）反复发生，成丛发生，有一定的周期性特征。

（3）虽然震级不高，但因震源浅，烈度高，有较强的破坏性。相同震级的水库地震震中烈度比起天然地震明显偏高Ⅰ～Ⅲ度（表4.20），所以，水库地震更易造成地表破坏。而且水库地震的震中一般都接近坝区，潜在隐患突出。但震源体积不大，烈度衰减快，影响范围较小。

表4.20　水库地震的实际烈度、计算烈度与震源的关系

（4）水库地震与水位及库容有一定相关性，一般库容越大，震源越深（表4.21、表4.22）。

表4.21　发生水库地震的坝高优势值(www.daowen.com)

表4.22　发生水库地震的库容优势值

（5）地震活动与库水位密切相关。地震活动峰值在时间上均比水位或库容峰值有所滞后。水位发生急剧变化时，特别是水位产生急剧下降的时候，往往会产生较强的地震，如图4.56所示。这些现象充分说明水库诱发地震主要与蓄水过程相关。这也表明水库诱发地震有一个明显的孕震过程，水向岩石的渗透及岩石的破裂等都需要时间。

图4.56　贵州董箐水库库水位变化与水库地震的关系

（6）从发震趋势来看，由于水库蓄水引起内外条件变化，水库蓄水初期发震较多；随着时间的推移，逐步得到调整后趋于平衡。因而地震频度和强度将随时间的延长呈明显下降趋势。

图4.57　诱发地震水库库区岩性分布

1—花岗岩（性脆）；2—灰岩（岩溶）；3—砂岩、页岩类（裂隙）；4—变质岩、凝灰岩等其他岩类

（7）对已有震例的研究表明，库区岩性是诱发地震最明显的相关因素之一对中国30余座诱发地震水库库区主要岩性的分析表明，这些水库库区的岩性以灰岩、花岗岩、砂页岩等为主，而这几类岩性在中国现有的大型水库中所占比例并不是很高，尤其是以石灰岩、白云岩类为主要岩性的水库，虽然只占到全部大型水库的4%，却有50%水库地震发生在这类岩性中。采用GIS空间分析技术，对诱发地震水库库区岩性、断裂、渗透条件等因素进行叠加分析，结果表明在灰岩、碳酸岩等岩溶地貌发育的区域，易于发生水库地震，如图4.57所示。

综合国内外诱发地震水库的库区岩性分析结果表明，库区岩性是诱发地震最明显的相关因素之一，碳酸盐岩等岩溶发育地区水库诱发地震的概率明显大于其他岩性区；构造复杂，节理发育等造成渗透条件好的库区也易诱发地震。脆性材料的断裂韧性低，延性材料的断裂韧性高，花岗岩、玄武岩和片麻岩类等坚硬性脆且裂隙发育的结晶岩类易诱发水库地震，而碎屑岩、砂页岩、泥岩等软岩构成库盆的水库不易诱发地震。脆性岩类在各期构造运动的作用下，往往容易发生脆性变形，形成大量断层、节理和破碎带等。灰岩类还有易溶于水的习性，形成多层大小溶洞、暗河、天井等，从而使完整的地层遭到破坏，岩石的结构强度降低，浅部的应力、应变和重力分布变得更不均一，这样有利于在构造力、重力和岩体自重的作用下变形、储存能量，最后成为发生各类水库地震的有利部位。砂页岩、黏土岩分布广的库区或库底泥质沉积物较厚的地区，则不易于诱发地震。

（8）水库诱发地震具有明显的波谱特征。水库地震的高频能量丰富，多数伴有可闻声波。国外有观测到优势频谱为70～80 Hz甚至更高的报道。

（9）水库诱发地震与天然地震相比，具有以下显著的区别：

1）水库诱发地震往往具有较高的b值，即地震活动的频率随震级的升高而迅速下降。

所谓水库地震序列特征，指的是地震b值（b和A为大于震级M的地震次数N与震级M的古登堡—里克特公式lgN=A-bM中的常数）、主震M0和最大余震M1的关系，以及前震—余震震型，见表4.23。

表4.23　水库地震数字特征

对于构造性地震而言，b值在0.5～1.5范围内变化，其中大部分在0.7～1.0。通常水库地震的b值多半大于1（而且其前震b值高于余震b值），这一事实可以把水库地震和天然地震区别开来。b值表明介质强度甚至比天然地震余震者还低，可以认为是库水使介质强度进一步降低所致。

2）水库诱发地震余震活动衰减缓慢。例如我国新丰江水库诱发地震，活动时间持续至今。2012年2月16日又发生了4.7级余震。主震t天后，余震次数n（t）可以下式表示：

式中：n1为常数；p为衰减速度。

所有天然地震的p＞1.3，而水库诱发地震尤其是构造型地震则总是小于1.3，且一般情况下小于1。例如我国新丰江水库诱发地震p=0.9；我国丹江口水库诱发地震活动的p=1.1，相同地区的天然地震p值可达1.92。

3）水库诱发地震的地震活动度（A值）高。由于水库地震一般频度较高，空间分布十分密集，因此单位时间、单位面积内的地震次数多、地震活动度高。例如，新丰江水库的A值，比苏联加尔姆地区（世界上构造地震A值较高的地区之一）的A值要高两个数量级。