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考虑断裂破碎带的丹江口库区地应力场与水压应力场耦合反演及地震
第 46 卷 第 4 期 西安建筑科技大学学报(自然科学版) Vol.46 No.4
2014 年 8 月 J. Xian Univ. of Arch. Tech. (Natural Science Edition) Aug. 2014
考虑断裂破碎带的丹江口库区
地应力场与水压应力场耦合反演及地震预测
谢向东 1 ,刘素梅 2
( 1. 湖北文理学院机械与汽车工程学院,湖北 襄阳 441053 ;2. 武汉大学土木建筑工程学院,湖北 武汉 430072 )
摘要:根据丹江口库区的地质构造特征,运用 ABAQUS 软件建立考虑断裂破碎带的三维有限元新模型,反演两场相互作用
下库区的应力场和应变场,分析水库二期蓄水后库区的稳定情况并预测丹江口库区二期工程诱发地震的可能性与危险区.研
究结果表明:二期蓄水后沿公路断裂带沿线以南、丹江断裂带以东、均陨断裂带以北和丹江断裂带以西这些浅层拉应力区可
能会因为受拉破坏引发一系列微震;光化、谷城、石化街地区、丹江断裂带的东南段和公路破碎带沿线可能会因为剪切滑移
诱发一系列的微震;宋湾外围、林茂山外围、丹库的外围可能会因为库水下渗和剪切滑移诱发一些小震;老均县南北一线、
保康—远安一线、襄阳—钟祥一线和郧县—习家店一线可能会因为剪切滑移诱发一些小震.
关键词:水压应力场;地应力场;水库诱发地震;丹江口水库
中图分类号:TU375.4 文献标志码:A 文章编号:1006-7930(2014)04-0529-07
丹江口水库是南水北调工程中线的源头,分两期开发.初期工程于 1973 年完成,自 1967 年 11 月 5
日丹江口水库大坝下闸蓄水后库区地震活动有所加强,并于 1973 年 11 月 29 日在宋湾瓦房沟诱发了蓄水
[1-2] .水库续建工程计划提高水位至 170 m,水位的提
以来的最大震级(4.7 级),此后一直处于地震平静期
高是不是会引起新一轮的地震活动一直是地震工程界和水利工程界共同关注的问题.国内外不少专家学者
对水库(丹江口水库)诱发地震作了大量的研究:荣建东,耿爱玲[2]总结了近 30 年来丹江口地区地震观测
台网完整记录到的蓄水过程的水库诱发地震序列,阐明了所取得的观测成果和存在的问题.李玶,刘行松
[3]对均郧断裂带和丹江断裂的地质资料以及长期和近期活动性等方面作了详细的整理并分析了丹江口库区
发生水库地震的原因,对未来水库地震的地点和强度进行了预测.高锡铭,殷志山[4]对汉江丹江口水库蓄
水后的地震活动进行了整理,并分析了库水位(库容)与地震频度、强度的相关性,得出水库蓄水有助于
诱发地震的结论.严尊国,薛军蓉,耿爱玲[5]利用震源参数和震级的关系以及地方尾波估算地震矩的方法
尝试性地估算了丹江口水库及其邻区内 ML2.5 级地震的震源参数,并讨论了丹江口水库地震的特征.黄
乃安,张绍波[6]根据丹江口水库地震的特征和地震地质条件应用灰色系统方法,建立了水库地震的灰色聚
类预测模型及水库地震趋势的灰色灾变预测模型.运用灰色关联分析原理研究了水库模型与水库地震震级
的关系.CHEN Linyue[7]对中国发生的水库诱发地震的历史案例进行了分析,认为水库地震主要发生在由
花岗岩或石灰岩形成的岩层当中,发生在花岗岩层中的水库地震主要是孔隙压力扩散作用引起,而发生在
石灰岩层中的水库地震主要是水的化学作用引起的.MATCHARASHVILI[8]研究了大型水库水位变化对地
震活动的影响提出了一个由水位周期变化引起同步地震活动的模型— 同步水库诱发地震模型,并通过美国
西部乔治亚州 Enguri 大坝水库库水位的周期变化所引发的地震对这个模型的正确性进行了验证.ABAS
Kangi[9]对伊朗西南部 Karan Ⅲ水库的地震进行了统计分析发现水库水位变化和水库地震之间有着显著的相
关性:当水库水位上升时很快就会引发一系列的地震;当水位急剧变化时,水库地震的频度也显著增加.从
文献资料看目前国内外还没有人对库区的应力场进行定量的研究,实际上库区应力场是诱发地震不可忽略
的因素,鉴于此武汉大学的徐礼华根据丹江口库区的地震地质构造,建立三维有限元模型,对库区构造应
力场和水压应力场分别进行了模拟并预测了丹
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