由人类工程活动如修建水库、注水抽液、采矿、核爆炸等，往往影响地层荷载的调整，改变原有水文地质条件，加剧地下水纵深循环的动力作用，促进地壳构造应力场的变化，导致这些地区频繁发生地震，称为诱发地震。诱发地震的影响范围小，但局部危害严重。随着经济建设的发展，诱发地震愈来愈成为对人类安全的一种威胁，我国由于水库蓄水、采矿、抽液等诱发地震，引起了数百人的伤亡和数万间房屋的损坏，影响了正常的生产活动，其社会影响以及对经济造成的损失是不可低估的。

（一）诱发地震类型

1.水库诱发地震

水库诱发地震最早发生在希腊马拉松水库（1931年），伴随该水库的蓄水，1931年库区就产生了频繁的地震活动。由于其震级低（5.0级），未被普遍重视。接着，阿尔及利亚的乌福达水库（1932年蓄水，1933年1—5月震群）和1935年美国胡佛的波尔德水库蓄水引起地震（表4-1）。20世纪60年代以来，世界各地相继发生6级以上的破坏性水库地震。危害最严重的印度科因纳水库地震，使科因纳市绝大部分砖石房屋倒塌，177人死亡，约2 300人受伤，坝和附属建筑物也受到严重损害，水电厂关闭，工业陷于瘫痪，破坏范围的半径达50 km。

表4-1　水库诱发地震

续表

最早发生震级大于6级的水库诱发地震是我国新丰江水库6.1级地震，造成相当大的损害。极震区数千间房屋严重破坏，死伤数人，库岸发生地裂、山崩和滑坡，两岸坝段顶部产生一些水平裂缝，出现轻微渗漏。加固处理费用不亚于原修建费用。

水库诱发地震主要与水库地区的地质条件、水库蓄水以及地应力特征有关。水库地震大都发生在以致密、坚硬的弹脆性岩石为主的地区，构造复杂、断层较多、新构造运动明显的特殊部位。水库地震应具有适宜的水文地质条件。地壳岩体透水、导水，并在深部的水位或承压水头较低情况下，库水向深层渗入，将增加较大的孔隙水压力，并增大亲水矿物水化而引起岩体膨胀的范围，导致地震。这些地震释放的应变能是地壳天然变动所积累起来的，水库水体的某些效应只不过是加速了其释放过程。

一般说来诱发地震的震级比较小，震源深度比较浅，对经济建设和社会生活的影响范围也比较小。但水库诱发地震则曾经多次造成破坏后果，还经常威胁着大坝的安全，甚至可能酿成远比地震直接破坏更为严重的次生灾害，因此对水库诱发地震发生的可能性应予高度重视。

2.采矿诱发地震

矿山随深部采矿的发展，许多矿山相继出现了诱发地震，成为主要的矿山灾害之一。采矿诱发地震的发生与开采深度、顶板的岩性条件、矿体的物理力学性质、巷道布置及开采方式有关。深部开采经常出现诱发地震，坚硬、高强度的顶板和能积累弹性应变能的矿体的存在是诱发地震产生的必要条件。采矿诱发地震是矿区的环境工程地质问题之一，它是一种危害较大的地下型诱发地质灾害。采矿引起的地震有构造型地震、塌陷型地震以及煤岩爆等三种类型。

辽宁北票矿，1921年开发，历史上没有破坏性地震。20世纪70年代浅部煤层已采完，1970年当竖井向深部开拓（距地面500～900 m深）时出现微震。1971年采掘深度达700 m时，地震活动的频度和强度明显增大。据记载，1971年2月—1981年8月发生大于0.5级的地震160次，其中有感地震37次，造成不同程度破坏的有4次，震前、震后伴有岩爆。1997年4月28日发生3.8级地震后，在4个不同水平巷道内均发现断层有明显的活动，断距达100 mm，并将穿越断层面的锚杆切断。据记载，该矿震级越高，断层位移量就越大，两者成正比关系。

山西大同煤矿自1956—1980年间因顶板塌落而引起的有感地震达40多次，最高震级3.4级，地面烈度达M度。1975年6月19日的3.2级地震，塌落面积12.5万m2，地表伴随着有7万m2的陷落，最大落差为0.7 m，同时出现环状裂隙，裂缝最宽处达3.6 m。

岩爆或煤爆是地压以小规模方式急剧释放的一种表现，往往出现在新采的工作面上，其危害较小，但对井下工作人员的安全有极大的威胁。岩爆一般出现在硬岩层等易于积聚应变能的地区，其释放机制与钻孔内出现岩饼现象类似。

3.深井注水诱发地震

深井注水诱发地震，最早在美国科罗拉多州的丹佛发现。丹佛东北的落基山军火厂的一口深达3 671 m为处理化学污染废液的深井，于1962年3月开始用压力将废液注入高度裂隙化的花岗片麻岩中。该层地下水位低于地面900 m，井口又有30个大气压力的注水压力。注水后47天，附近发生了80年来未曾有过的3～4级地震，且在注液过程中，地震持续不断，引起社会很大关注。1966年2月关闭处理井，一年后却相继发生3次大于5级的地震。根据记录，1962、1967年共发生的1 584次地震中，经过精确定位的62次地震的震中，呈北西向分布，延展长10 km，宽3 km，震源深度4.5～5.5 km。

美国地质调查所1969、1971年在兰格列油田4口深井中交替地进行注水和抽水试验，日本在松代地震区也进行类似试验，均发现注水时地震活动显著增加，注水停止或抽水时地震活动急剧减少或消失。

我国武汉市也曾发现因深井注水而引起地震频率加大的现象。1971年9月—1972年5月于武昌小洪山背斜轴部凿一深井，终孔深2 270 m。1971年11月钻进至988 m深度的奥陶系灰岩时，出现循环液的严重漏失，泵压从70 Pa迅速降至30 Pa，直至关泵停机。此后压入240 m3的堵塞物，到1972年1月初注入约1.4万m3的清水，泵压仅15～25 Pa。1月10日钻进到1 293 m时，泵压由25 Pa升高到40 Pa，注液量由400 m3/d增到1 000 m3/d，随后即开始出现地震。武昌地震台记载，从1972年1月10日到3月3日共发生震级大于0.3级的地震133次，其中3次2级左右的地震，深井附近地区普遍有感，而武昌市区以往极少有地震纪录。

4.抽液诱发地震

抽水采矿也可引发地震。抽水前，由于水压作用，断裂带受水浸润，当失去水压，沿断裂带发生卸荷作用，形成偏差应力。当偏差应力大于断层带的抗剪强度时，即出现粘滑效应，诱发地震。

我国湖南连邵煤田在恩口斗笠山一桥头河岩溶发育的煤矿区大量排水，排深到20 m高程，排水量达2 437 m3/h，影响范围长达20 km，引起该矿区发生了一系列地震。七星街1973年1.7级地震，姜府1974年2.2级地震，渡头塘1976年2.1级地震，湘波、杉木1977年1.2～1.6级地震，震源均很浅，仅1.5～4.4 km。等震线长轴方向与向斜轴部的两条断层（桐梓断层和石龙湾断层）平行，总体呈椭圆形。

华北的任丘油田储油层产于震旦系雾迷山组白云岩中，古岩溶较为发育，形成了一个有统一油水界面、统一压力、连通性极好的裂隙性块状油藏。1975年开始采油，由于高速采油，到1977年出现约20 Pa的压力降。任丘油田附近从1966年有地震记录以来到1977年极少纪录到地震。但从1977年以后，油田附近先后出现一系列有感地震，到1981年，发生震级小于4级的地震约50次，震中区明显有感。这些地震的发生在时间和空间上与采油密切相关，采油引起地下油水层的压力下降和地下体积亏空，破坏了岩层的原始平衡状态，造成岩层局部应力的增高而诱发地震。

5.核爆炸引起的地震

地下核爆炸试验，能量极大，在强大的应力波传播过程中，能使岩石变形直至断裂或在原来断裂处产生滑动，引起震动，即诱发地震。

美国在内华达州进行地下核试验，基岩为花岗岩、流纹岩、玄武岩等。试验时引起的地震即产生了诱发地震，震级大于5.0级，震源小于5.0 km。

苏联进行地下核试验时，甚至诱发了7.1级的地震，远大于当地原来的震级和烈度。

（二）诱发地震特征

（1）在空间上，诱发地震震中位于工程活动的影响范围内。

水库诱发地震发生在蓄水之后，震中主要分布在水库周围，并且密集分布于库坝附近，通常在水库边岸几千米到十几千米范围之内。库区及附近有断裂，则精确定位的震中往往沿断裂分布。构造性矿震，震中分布于深采区。

（2）在时间上，诱发地震发生在工程活动之后。

诱发地震的发生在时间上与水库蓄水、抽液、深井注水有明显关系。水库诱发地震活动与水库水位或荷载随时间的变化密切相关。地震活动的频度与强度大多数与高水位或大的库容增量正相关。一般水库蓄水几个月之后，微地震活动即有明显增强（表4-2），随后地震频度也随水位或库容而明显变化。水位的急剧上升与急剧下降，特别是急剧下降，往往伴有较强的地震产生，丹江口水库的4.7级地震即产生在水位急剧上升后的急剧下降期，新丰江水库1977年的4.7级地震也产生在水位急剧下降期。地震活动峰值在时间上均较水位或库容峰值有所滞后，可能与震源体深度及库盘岩石的渗透性有关。水库地震持续时间一般较长，有十几年到几十年。

（3）震源浅，破坏和影响力大震源深度一般极浅，多为3～5 km。

往往极小地震即有感觉，并伴随有明显的地震声，如我国的新丰江水库、丹江口水库、南冲水库、佛子岭水库，国外报道的蒙太纳、格朗德瓦尔、科列马斯塔等水库诱发地震。在强度上，上限约为6.5级，并且易引起水库中的水震荡，引发大坝倒塌或库缘滑坡，因此危害很大。(www.daowen.com)

（4）震级一般不高，但震中烈度较大，多数属于微震，中强震很少，最大震级一般不超过6.5级。

地震主要发生在工程活动影响范围之内，因此震源浅。构造性矿震，震级较矿区范围低。由于震源浅，所以面波强烈，震中烈度一般较天然地震高，零点几级就有感，3级就可以造成破坏。

表4-2　我国水库诱发地震蓄水开始与微震活动加强关系

（5）能量衰减与余震。

由于震源浅且震源体小，因此地震的影响范围小，地震活动前震丰富，属于前震余震型。等震线衰减迅速，其影响范围多属局部性，余震活动以低速度衰减。

水库诱发地震震源机制主要为走向滑动型和正断型两种，且前者多于后者。属于逆冲型机制者极其少见。按水库诱发地震的震源机制，将水库地震划分为以下三种类型：

（1）卡利巴-科列马斯塔型：地震活动与库水位波动相关性不明显，震源机制解为倾滑型（正断层型），水库位于下降盘。

（2）科因纳-新丰江型：地震活动与库水位波动明显相关，但震动峰值滞后于水位峰值，震源机制解属走滑型（平移断层型）。

（3）努列克型：地震活动对水库充水速率降低极为敏感，震源机制解为逆冲、走滑兼而有之。诱发地震则产生于逆冲断层上盘。

（三）诱发地震的成因分析

1.荷载变化

水库蓄水、深井注水等都使局部地壳所受的荷载增大，引起地壳下沉。在地壳中存在各种成因的断裂构造，地层下沉又是不均匀的，随着压力的增加，能使岩层产生弯曲及剪切变形，使岩块（地块）之间沿断裂面产生了错动并释放出能量，产生震动。当库区蓄水深度不很大时，如水深200 m，地层应力增加2.0 MPa，在这个荷载增量作用下，岩块之间的错动规模不大，释放能量有限，产生震动的程度较低，震级就低。当蓄水深度达到最高水位时（与坝高、库容有关），荷载进一步增大，诱发地震级别也逐步提高。在荷载增大的过程中及荷载增大后，岩块之间的错动和应力（能量）释放及伴随产生的震动是不连续的、缓慢的、滞后的，所以在主震之后，余震（小震）延续时间很长。

矿井中大规模地抽排水，也同样引起工程区内地壳应力的增大。因为大规模抽排水使地下水位明显下降，岩层失去了浮力，由原来的有效重度变成了天然重度或饱和重度。荷载的增大引起了岩层的变形及岩块之间的错动并释放能量及伴随产生震动。大规模抽排水使岩层所受的水压力突然降低，失去了原来的平衡状态，也使岩块之间产生滑动，释放能量，伴随产生震动。

采空区塌陷、核爆炸试验、大规模山崩、巨大陨石坠落等都是对局部地壳突加的巨大的动力荷载。其诱发地震的成因都可以用上述加荷—地层沉降和错动—释放能量并伴随震动的过程进行解释。

2.孔隙水压力的作用

水库蓄水、深井注水等，水沿着岩体中的节理裂隙渗流，这就使深部岩体断裂面上的孔隙水压力显著升高，有效应力降低，由此使岩体的抗剪强度降低。虽然剪应力增量不大，由于抗剪强度降低，也易产生错动、释放能量、伴随震动即诱发地震。

3.地质条件

实践表明，碳酸盐岩类地区，水库诱发地震率较高，而在花岗岩地区震级较高。显然，这和能够积累应变能的强度大小有关。相对不透水的黏土岩和砂页岩，因强度低，遇水软化，塑性变形大，聚集能量少，所以诱发地震极少。遇水产生相变或体积膨胀的岩层如硫酸盐岩类，更有利于岩体错动、断裂，易诱发地震。

区域地质构造显著影响着诱发地震。构造运动越复杂，岩体断裂越发育，渗流水作用越强烈，越容易发生诱发地震。在断裂的交汇处、转折处最易产生新的断裂或旧断裂的复活、延展等。在新构造运动强烈的地区（如新丰江库区、丹江口库区），容易产生新的局部的中小型的构造运动。在现代火山活动为主要特征的新构造运动的强烈区，诱发或触发因素比较容易引起地震。

4.天然地应力状态

发震构造与地应力场密切相关，诱发或触发因素只是起加剧作用、引发作用。而形成地震的最基本的原因还是区域应力场和区域地质构造与岩性的相互作用关系。所以在拦河坝选址时，在采矿巷道、隧道等的定位时，应当首先考察区域应力场，同时考察区域地质构造和基本岩性等重要因素。

采矿形成的自由空间使采空区周围的岩体由原来的三向受压变成两向或单向受压，从而引起应力、重力的重新分布。在采矿区范围内，沿断裂形成众多的应力集中地段和高地压异常带，最后促使应变能提前分散释放，从而实现了采矿的诱发作用，而矿区外围的诱震则是断裂活动传递的结果。

（四）水库诱发地震工程地质研究的基本原则

若水库建成蓄水后地震活动频繁，应进行以下专门研究：

（1）增设流动台站进行精确测震工作，测定震源位置、参数、研究地震序列、确定它与断裂的关系；

（2）装置地应力测试装置观测地应力变化，装置倾斜仪等以观察地形变；

（3）定期进行精密水准测量与跨断层短基线三角测量，特别是较高震级的地震发生要立即测量并与地震前对比；

（4）研究库水位变动、库容增减及水库充水速率变化与地震频度、震级之间的关系；

（5）研究较强诱发地震的震害及地震影响场特征；

（6）对库区主要岩石类型进行岩石力学测试，测定它们的力学参数；

（7）对诱发地震的发展趋势做出评价与预测；

（8）配合设计、施工人员，对震害防治与处理措施提出建议。