水庫誘發(fā)地震預(yù)測方法探討①

劉先鋒，李碧雄，鄧建輝，曹 進(jìn)

（1.四川大學(xué)建筑與環(huán)境學(xué)院土木系，四川 成都 610065；2.四川大學(xué)水力學(xué)與山區(qū)河流開發(fā)保護(hù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川 成都 610065）

0 引言

水庫誘發(fā)地震是由水庫蓄水和排水過程在庫區(qū)附近引發(fā)的地震活動。上世紀(jì)60年代贊比亞—羅德西蘭邊界地區(qū)的卡里巴、希臘的克雷馬斯塔、印度的柯伊納和中國的廣東新豐江等大型水庫附近均發(fā)生了破壞性地震，引起了全世界的關(guān)注和重視。雖然目前實(shí)際發(fā)震的水庫只占水庫總數(shù)的很小比例，據(jù)秦嘉政等［1］2009年的初步統(tǒng)計(jì)，已觀測到的全球水庫誘發(fā)地震確切震例不超過150例。但由于水庫誘發(fā)地震緊鄰水利工程，震源淺、震中烈度高，不僅可造成直接破壞，而且可以引起嚴(yán)重的次生災(zāi)害，造成巨大的人員傷亡和經(jīng)濟(jì)財(cái)產(chǎn)損失。

中國西南四川、云南、貴州三省水力資源豐富。全長2308km的金沙江上正在規(guī)劃和建設(shè)25級水電大壩，不久的將來將成為世界超大水庫群；備受社會爭議的怒江水電開發(fā)也拉開了大規(guī)模建設(shè)的序幕；岷江、大渡河的水力資源也得到了最大開發(fā)和利用，大大小小的水電站星羅棋布。從區(qū)域地震背景看，西南地區(qū)地震地質(zhì)條件復(fù)雜，現(xiàn)代地震活動也比較強(qiáng)烈。因此，科學(xué)預(yù)測水庫誘發(fā)地震并提出相應(yīng)的預(yù)警措施是防震減災(zāi)工作的前提和基礎(chǔ)。水庫誘發(fā)地震預(yù)測主要任務(wù)是大壩設(shè)計(jì)階段預(yù)測蓄水后誘發(fā)地震的可能性、可能的最大誘震震級和可能的發(fā)震部位，若蓄水后發(fā)生地震活動，則推測地震的發(fā)展趨勢。

目前對水庫誘發(fā)地震機(jī)理的認(rèn)識還存在著很多局限與不足，水庫誘發(fā)地震的預(yù)測方法也還處在不斷探索和驗(yàn)證階段。G.B.Beacher［2］將水庫誘發(fā)地震作為一種隨機(jī)事件，基于誘震因子提出了概率預(yù)測法；于品清［3］基于庫水對誘發(fā)地震影響的定性分析，結(jié)合已發(fā)震例的統(tǒng)計(jì)分析提出了震級上限方法；常寶琦［4］根據(jù)水庫誘發(fā)地震問題的模糊特性提出了模糊綜合評判法；梁勞等［5］通過新豐江水庫誘發(fā)地震序列對b值隨時間的變化進(jìn)行了研究，指出可以用水庫前震序列的高震級b值與低震級b值的比值變化異常現(xiàn)象來預(yù)測隨后可能發(fā)生的大震。

本文根據(jù)預(yù)測方法特點(diǎn)，將已有預(yù)測方法歸為三大類，即定性預(yù)測法、定量預(yù)測法和基于監(jiān)測的預(yù)測法，對其中的主要方法進(jìn)行介紹，并從水庫誘發(fā)地震機(jī)理的角度探討其優(yōu)點(diǎn)、存在的問題及發(fā)展方向。

1 定性預(yù)測法

定性預(yù)測法是在詳細(xì)調(diào)查分析區(qū)域和庫區(qū)的地質(zhì)條件、地質(zhì)環(huán)境、滲透性和斷層分布、類型、活動性等詳細(xì)地質(zhì)和水文資料的基礎(chǔ)上，深入研究區(qū)域斷裂的地震活動性、歷史地震的強(qiáng)度和頻度、震中位置等地震背景資料，結(jié)合地震活動性的一般規(guī)律和特點(diǎn)，定性地對水庫誘發(fā)地震的可能性或可能的最大震級進(jìn)行預(yù)測。

1.1 震級上限法

目前水庫誘發(fā)地震研究領(lǐng)域普遍存在的一種預(yù)測觀點(diǎn)認(rèn)為［3］，可以以水庫所在構(gòu)造帶（區(qū)）的歷史最大天然地震震級作為水庫可能誘發(fā)的最大震級的上限。該觀點(diǎn)基于以下理由：（1）庫水作為荷載效應(yīng)，在不同的地震活動水平地區(qū)不同地質(zhì)構(gòu)造環(huán)境條件下對庫區(qū)的影響不同，但其對庫區(qū)巖體附加的應(yīng)力相對其原有構(gòu)造應(yīng)力來說很小或有限；（2）庫水對巖石的物理化學(xué)作用會使其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度降低、結(jié)構(gòu)面間的阻力減小，可以提前觸發(fā)地震；（3）震級每增加一級釋放的能量需增加30倍以上，因此水庫蓄水對當(dāng)?shù)靥烊坏卣鹫鸺壍脑隽科浣^對值不大，甚至可以忽略。

震級上限法是基于庫水對誘發(fā)地震影響機(jī)理的定性分析提出的。隨著有限元在水庫誘發(fā)地震研究中的應(yīng)用，庫水對庫區(qū)的影響也得到了一些定量的結(jié)果。程惠紅等［6］用有限元法建立了新豐江水庫的三維孔隙彈性耦合模型，對水庫蓄水引起的震源及周圍孕震斷層的應(yīng)力場進(jìn)行了分析，指出蓄水引起庫侖應(yīng)力增大0.7～3.0kPa；蓄水積累應(yīng)變能為7.3×1011J，小于MS6.1地震波釋放能量的1%。但目前的定量計(jì)算方法均未考慮庫水對庫區(qū)的物理化學(xué)作用的影響，且模型進(jìn)行了大量的簡化，由于有些參數(shù)難以通過實(shí)測確定，參數(shù)取值的合理性還有待討論。

現(xiàn)在對天然地震發(fā)震機(jī)理的認(rèn)識依然存在很多不足。已發(fā)生的最大天然地震是否就是該地區(qū)可能發(fā)生的水庫地震的震級上限？庫水對當(dāng)?shù)氐卣鸬挠绊懢唧w又是怎樣的？肖安予［7］指出印度的柯依納水庫建庫前歷史上沒有地震記錄，蓄水后于1967年發(fā)生了MS6.5的水庫誘發(fā)地震。所以要考慮當(dāng)?shù)刭Y料的完整可靠性及水庫誘發(fā)地震的復(fù)雜性。

此外需要注意的是歷史地震資料的質(zhì)量和完整度嚴(yán)重影響了最大震級的確定，限制了該方法的使用。研究水庫所在的構(gòu)造帶（區(qū)）對于不同的構(gòu)造環(huán)境不同的水庫，其選取范圍應(yīng)該是有所區(qū)別的，所選的范圍不同，其歷史天然地震的最大震級也可能有所不同。目前對這方面的研究較少，且若均以當(dāng)?shù)貧v史最大天然地震震級對水庫進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)，存在很大的盲目性，很不經(jīng)濟(jì)。事實(shí)上很多修建在地震活動區(qū)的水庫并沒有誘發(fā)地震活動或者只誘發(fā)了很小的地震活動。

為了更好的利用該方法對水庫誘發(fā)地震進(jìn)行預(yù)測，需加強(qiáng)對水庫誘發(fā)震例的分析，深入研究庫水對庫區(qū)和區(qū)域的實(shí)際影響，可以考慮從以上提出的問題出發(fā)，結(jié)合實(shí)際勘測和數(shù)值模擬的結(jié)果進(jìn)行進(jìn)一步的研究分析。

1.2 經(jīng)驗(yàn)類比法

經(jīng)驗(yàn)類比法即根據(jù)對已發(fā)震水庫與誘震相關(guān)的條件進(jìn)行研究分析總結(jié)，歸納出易于誘震的主要條件，這些條件在研究的水庫中越齊備，越典型，則誘發(fā)地震的幾率越高，誘發(fā)較強(qiáng)地震的可能性也越大。該方法目前在實(shí)際應(yīng)用中使用較為普遍。但由于以下幾方面的原因，經(jīng)驗(yàn)類比法的預(yù)測質(zhì)量仍受到影響：

（1）目前對誘震因素之間的相互影響關(guān)系認(rèn)識不足。由于水庫誘發(fā)地震的復(fù)雜性及震例呈現(xiàn)出的多樣性，誘震問題并不是各個誘震條件之間的簡單疊加，各條件之間存在復(fù)雜的相互關(guān)系。對于具有相似誘震條件的不同水庫，各誘震條件對實(shí)際誘震的影響可能差異較大，最終誘發(fā)地震活動的情況也可能迥然不同。秦嘉政等［1］對印度柯依納水庫及其附近區(qū)域相似規(guī)模水庫誘發(fā)地震的活動特征進(jìn)行了研究，認(rèn)為在地質(zhì)、構(gòu)造、水文等因素相同的條件下，有的水庫蓄水后會產(chǎn)生誘發(fā)地震，有的水庫則不會。

（2）目前對誘震條件的認(rèn)識還存在很大局限與不足。由于現(xiàn)有技術(shù)條件的限制和認(rèn)識水平的有限，某些對誘震起關(guān)鍵作用的條件可能還沒被認(rèn)識。

（3）對于誘震條件的齊備性和典型性沒有形成統(tǒng)一的認(rèn)識。對于具有不同誘震條件或誘震條件之間相互關(guān)系不同的水庫，其誘發(fā)地震的危險性差異情況如何，還沒有一個統(tǒng)一的判斷標(biāo)準(zhǔn)。

因此，在對水庫震例的誘震條件進(jìn)行詳細(xì)分析的基礎(chǔ)上，應(yīng)重點(diǎn)對個別具有相似條件特征卻沒有誘發(fā)地震或某些獨(dú)特的水庫震例開展詳細(xì)調(diào)查研究；要特別注意各誘震條件之間的相互作用對誘震結(jié)果的影響，可通過實(shí)測、實(shí)驗(yàn)或數(shù)值模擬的方法加以驗(yàn)證；加強(qiáng)水庫深部環(huán)境的調(diào)查研究。

2 定量預(yù)測法

定量預(yù)測是以區(qū)域和庫區(qū)的地震、構(gòu)造、地質(zhì)、水文和水庫工程資料，以及已發(fā)震例為基礎(chǔ)，用一定的數(shù)學(xué)物理模型或方法對水庫誘發(fā)地震的可能性或可能的最大震級進(jìn)行定量的評價。

水庫誘發(fā)地震的定量預(yù)測方法有概率預(yù)測、模糊綜合評判、綜合影響參數(shù)、斷裂破裂長度、灰色聚類、模糊聚類、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、邏輯信息量、層次分析、有限元法等。目前還沒有一種公認(rèn)較好的方法，以下對前三種方法進(jìn)行分析討論。

2.1 概率預(yù)測法

概率預(yù)測法把水庫誘發(fā)地震作為隨機(jī)事件，根據(jù)已有的水庫震例資料，研究可能與誘發(fā)地震密切相關(guān)的誘震因素，建立概率統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)庫，根據(jù)水庫危險庫段提取誘震因素狀態(tài)，利用建立的數(shù)據(jù)庫在概率意義上對水庫的誘震危險情況進(jìn)行定量評估。

設(shè)Mi表示第i種地震震級分類類別，Ajk表示第j種誘震因素的第k種狀態(tài)，則根據(jù)貝葉斯定理，水庫在A1l，A2m，…，Ajn（其中l(wèi)，m，…，n 為不同誘震因素的不同狀態(tài)）因素狀態(tài)組合條件下誘發(fā)地震Mi的概率可表示為

式中，P（Mi）表示發(fā)生地震Mi的先驗(yàn)概率，可根據(jù)發(fā)震水庫與未發(fā)震水庫資料統(tǒng)計(jì)得到；P（Mi）P表示發(fā)生地震Mi時該因素狀態(tài)組合的條件概率?？紤]各因素之間相互獨(dú)立，可得

Beacher G.B［2］根據(jù)震例資料研究了易于誘發(fā)水庫地震的主要條件，總結(jié)出了五因子狀態(tài)（見表1），把地震類型分為發(fā)震（RIS）和不發(fā)震（）兩類，提出了概率預(yù)測法；常寶琦［8］指出用概率預(yù)測法對水庫誘發(fā)地震的可能性進(jìn)行預(yù)測時，可取臨界概率Pc＝0.3，當(dāng)計(jì)算誘發(fā)地震的概率大于0.3時，即可認(rèn)為水庫有誘發(fā)地震的危險；譚周地等［9］根據(jù)工程意義把地震類型劃分為M≥5和M＜5兩類；蘇錦星等［10］提出了與誘發(fā)水庫地震密切相關(guān)的九因子模型，即庫深、庫容、應(yīng)力狀況、斷層活動性、介質(zhì)條件、地震活動背景、斷層發(fā)育情況、斷層與庫水接觸關(guān)系和巖溶發(fā)育程度。

表1 誘震因素及其狀態(tài)Table 1 Factors and states of reservoir induced earthquake

概率預(yù)測法在概率意義上對水庫誘發(fā)地震進(jìn)行了解釋，是對震例資料的統(tǒng)計(jì)分析應(yīng)用。在具體應(yīng)用時要注意以下問題：

（1）統(tǒng)計(jì)問題要求樣本量要足夠大，樣本的準(zhǔn)確性要高。由于目前水庫誘發(fā)震例的有限性和呈現(xiàn)出的多樣性，使得資料的完整性和準(zhǔn)確度值得懷疑。

（2）用概率預(yù)測法建立統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)時，對于震例的不同誘震因素默認(rèn)了它們對誘震的貢獻(xiàn)是相同的。事實(shí)上存在著主要誘震因素與次要誘震因素之分；對于不同水庫同一誘震因素對誘震的影響差異較大，其誘震機(jī)理也可能完全不同。各誘震因素之間應(yīng)是相互關(guān)聯(lián)互相影響的，它們之間存在著復(fù)雜的相關(guān)性。

（3）目前對誘震因素沒有形成統(tǒng)一的認(rèn)識，提出的誘震因素及其狀態(tài)并不能很好地反映水庫誘發(fā)地震的機(jī)理。選取不同的誘震因素做統(tǒng)計(jì)可能得到不同的計(jì)算結(jié)果，各誘震因素狀態(tài)劃分時臨界值選取的不同也會導(dǎo)致結(jié)果的差異。常寶琦［4］指出應(yīng)力狀況包括主應(yīng)力的方向和絕對值，雖然通過蓄水前庫區(qū)及周圍的地震觀測的機(jī)制解或野外地質(zhì)調(diào)查可以了解應(yīng)力方位的基本狀況，但應(yīng)力絕對值的確定仍是一項(xiàng)沒有解決的問題。

概率預(yù)測法是一種嚴(yán)謹(jǐn)?shù)臄?shù)學(xué)方法，隨著資料和對水庫誘發(fā)地震問題認(rèn)識的不斷積累和深化，該方法將逐步完善。目前應(yīng)加強(qiáng)對水庫深部環(huán)境的認(rèn)識研究，如深部巖石力學(xué)性質(zhì)、孔隙壓大小、應(yīng)力場狀況及其大小等；通過實(shí)測、實(shí)驗(yàn)或數(shù)值模擬等方法對各誘震因素之間的相關(guān)性進(jìn)行探討研究，了解其實(shí)際的誘震機(jī)理。如何根據(jù)實(shí)際震例資料，結(jié)合研究水庫的實(shí)際情況，來調(diào)整不同誘震因素對水庫誘震的貢獻(xiàn)大小可能是該方法當(dāng)前發(fā)展的主要方向。

2.2 模糊綜合評判法

常寶琦［4］指出水庫誘發(fā)地震活動中各誘震因素對水庫誘震的貢獻(xiàn)應(yīng)該是不同的，考慮到誘震因素狀態(tài)臨界值選取和誘發(fā)地震類型的模糊性，利用模糊數(shù)學(xué)理論，提出了模糊綜合評判法。

設(shè)水庫誘發(fā)地震強(qiáng)度論域，即誘震強(qiáng)度的等級劃分為

其中，Uj為誘震因素，m、n分別為強(qiáng)度等級劃分?jǐn)?shù)目和誘震因素個數(shù)。設(shè)第i個因素對誘震強(qiáng)度的單因素評價為

式中，rik是指第i個因素對第k個誘震強(qiáng)度等級的隸屬度。通過震例資料或?qū)＜医?jīng)驗(yàn)構(gòu)造適合的隸屬函數(shù)得到，表示為矩陣形式：

設(shè)因素論域U上的因素模糊子集為

式中，α1，α2，…，αn分別為因素U1，U2，…，Un對A 的隸屬度，即各因素對誘震的實(shí)際貢獻(xiàn)大小，可以通過專家打分給出。設(shè)強(qiáng)度論域上的強(qiáng)度模糊子集為

式中，b1，b2，…，bm是各強(qiáng)度等級對于被評定強(qiáng)度的隸屬度，也就是要求的答案。式（7）和（8）中的加號和除號表示查德記號。則：

這里R為均一化處理后的結(jié)果；?表示普通的平均加權(quán)運(yùn)算?；蛘呖杀硎緸?/p>

最后根據(jù)強(qiáng)度模糊子集中隸屬度最大的原則對水庫可能誘發(fā)的地震等級進(jìn)行評判。

模糊綜合評判法通過專家打分的方法充分利用了當(dāng)前對水庫誘發(fā)地震問題取得的經(jīng)驗(yàn)和認(rèn)識，在一定程度上減小了資料局限對結(jié)果的誤導(dǎo)性。進(jìn)行震例分析和利用專家經(jīng)驗(yàn)構(gòu)造適合的隸屬函數(shù)從而對預(yù)測問題進(jìn)行了量化處理。

但需要指出的是：由于目前對水庫誘震問題認(rèn)識的局限，誘震因素的選取不能完全反應(yīng)水庫誘震的機(jī)理；不同學(xué)者由于看法角度的不同，給出的誘震因素對水庫誘震貢獻(xiàn)的權(quán)向量也有所不同，導(dǎo)致結(jié)果主觀差異性較大；由于震例的有限性和認(rèn)識的局限性，如何合理的選擇隸屬函數(shù)以反映真實(shí)的誘震情況還存在較大的困難。例如，可能某種因素狀態(tài)對誘震影響較大，但由于震例資料很有限，且誘發(fā)震例表現(xiàn)出多樣性，可能該種狀態(tài)在已有的震例資料中表現(xiàn)的很少，這時選取不同的隸屬函數(shù)會對結(jié)果造成較大的影響。

2.3 綜合影響參數(shù)法

常寶琦等［11］根據(jù)已有的水庫震例資料進(jìn)行分析，利用表征水庫規(guī)模的三要素，水庫面積S，庫容V和最大庫深H 定義了反應(yīng)庫區(qū)地貌反差的綜合影響參數(shù)：

指出水庫誘發(fā)的最大地震與E相關(guān)性較好。通過30座水庫誘發(fā)震例資料對水庫發(fā)震的最大震級M與綜合影響參數(shù)E之間的關(guān)系進(jìn)行了回歸統(tǒng)計(jì)得到

式中，0.98為震級標(biāo)準(zhǔn)偏差。指出可以通過式（12）對水庫可能誘發(fā)的最大震級進(jìn)行預(yù)測。光耀華［12］利用30座水庫誘發(fā)震例，對水庫發(fā)震最大震級M與綜合影響參數(shù)E的關(guān)系進(jìn)行了線性、指數(shù)、乘冪、雙曲線、對數(shù)和三次多項(xiàng)式回歸分析，通過誤差分析得到：

式中，0.926為震級標(biāo)準(zhǔn)差。常寶琦等［13］指出E值不能代表水庫規(guī)模，增加了最大庫深H，并考慮它們?nèi)≈档碾S機(jī)性，利用21個不小于4.5級地震的水庫震例資料，把E和 取為兩個隨機(jī)量與M 進(jìn)行了回歸，得到：

綜合影響參數(shù)法是通過對一定水庫震例資料的統(tǒng)計(jì)回歸得到，因此對所用水庫震例資料的依賴性較高。

由于水庫誘發(fā)地震是多種因素共同相互作用產(chǎn)生的結(jié)果，綜合影響參數(shù)及最大庫深并不能較好地反映水庫誘發(fā)地震的實(shí)際情況。而且綜合影響參數(shù)及最大庫深是反應(yīng)水庫整體情況的參數(shù)，而水庫誘發(fā)地震活動多集中在水庫某一局部區(qū)域［1］，該參數(shù)不能反映水庫的局部特性，及發(fā)震位置的地質(zhì)地貌、構(gòu)造和水文等其它特征對誘震的影響。因此其預(yù)測結(jié)果的準(zhǔn)確度值得考慮。

綜合影響參數(shù)法公式簡單，所需參數(shù)少較容易獲取，便于在工程中使用。在實(shí)際應(yīng)用時應(yīng)先根據(jù)地質(zhì)、水文和地震資料對水庫是否誘發(fā)地震進(jìn)行判斷，若有誘震危險時可用該方法計(jì)算的結(jié)果作為水庫誘發(fā)最大震級的一種參考。

3 基于監(jiān)測的預(yù)測法

根據(jù)《水庫地震監(jiān)測管理辦法》［14］規(guī)定，壩高100m以上、庫容5億立方米以上的新建水庫，應(yīng)當(dāng)建設(shè)水庫地震監(jiān)測臺網(wǎng)，開展水庫地震監(jiān)測；最高水位蓄水區(qū)及其外延10km范圍內(nèi)有活動斷層通過、遭受地震破壞后可能產(chǎn)生重要次生災(zāi)害的新建大型水庫，應(yīng)當(dāng)設(shè)置必要的地震監(jiān)測設(shè)施，密切監(jiān)視水庫地震活動。因此，基于監(jiān)測得到的水位變化、地震頻次和強(qiáng)度、地震空間時間分布、地震波、地殼變形等資料，通過一定的數(shù)學(xué)方法對原始資料進(jìn)行分析處理，研究其與水庫地震的發(fā)生之間的聯(lián)系，提出了多種根據(jù)水庫地震監(jiān)測資料預(yù)測其地震發(fā)展趨勢及可能最大震級的水庫地震預(yù)測方法。

3.1 高震級b值與低震級b值之比預(yù)測法

梁勞等［5］通過新豐江水庫誘發(fā)地震和海城地震的地震序列資料，對地震震級－頻度關(guān)系進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)研究，指出其關(guān)系曲線不是一條嚴(yán)格的直線，可以用兩條斜率不同的直線表示，從而得到了高震級b值（bH）與低震級b值（bL）。同時分別對b、bH、bL以及bH與bL之比隨時間變化的規(guī)律進(jìn)行了研究分析，發(fā)現(xiàn)前三者大震前異常變化不明顯，而bH與bL之比在大震前突然降至最低，臨震前突然回升后大震發(fā)生，變化現(xiàn)象明顯。指出可以用該異常現(xiàn)象對可能發(fā)生的最大地震進(jìn)行預(yù)報。

值得考慮的是這種對古登堡震級－頻度公式的修正的機(jī)理和適用性目前還沒有相關(guān)的研究。

該方法只對兩個震例的地震序列資料進(jìn)行了分析，尚需對其它水庫地震震例進(jìn)行更加深入的研究。因?yàn)閎值本身具有較大的不確定性［15］，對于選取不同的震級下限、震級間隔，統(tǒng)計(jì)出來的bH與bL之比值的變化特征可能會有所不同。此外對于該比值的異?，F(xiàn)象沒有標(biāo)準(zhǔn)的判斷。具體是下降多少，然后回升多少，回升的速率多大時才會發(fā)生大震，發(fā)生多大的地震，具體的判據(jù)怎么確定？目前關(guān)于這些方面的研究很少，尚需做大量的工作對其進(jìn)行更加深入的研究。

3.2 加卸載響應(yīng)比法

加卸載響應(yīng)比法是關(guān)于非線性系統(tǒng)失穩(wěn)前兆的理論。其基本觀點(diǎn)認(rèn)為，當(dāng)系統(tǒng)處于穩(wěn)定狀態(tài)時，其對加載作用的響應(yīng)率應(yīng)等于對卸載作用的響應(yīng)率，加卸載響應(yīng)比應(yīng)為1；當(dāng)材料出現(xiàn)損傷，系統(tǒng)偏離穩(wěn)定狀態(tài)時，對加載和卸載作用的響應(yīng)將發(fā)生變化，前者大于后者，加卸載響應(yīng)比應(yīng)大于1，且系統(tǒng)越不穩(wěn)定，其差別就越大，加卸載響應(yīng)比值也越大。因此可以利用水庫地震過程中監(jiān)測得到的對于加載和卸載作用的地震響應(yīng)物理量變化情況，研究其加卸載響應(yīng)比值在主震前的異常情況，對水庫可能誘發(fā)大震的趨勢進(jìn)行監(jiān)測預(yù)測。

尹祥礎(chǔ)［16］于1987年首次提出了用加卸載響應(yīng)比預(yù)測地震的方法；余懷忠等［17］利用加卸載響應(yīng)比法，將GPS觀測應(yīng)用到了地震的中短期預(yù)測；陳學(xué)忠等［18］以固體潮為加卸載力源，地震能量作為響應(yīng)參數(shù)，把加卸載響應(yīng)比法應(yīng)用于水庫地震，研究了新豐江、丹江口、參窩和佛子嶺水庫地震主震前加卸載響應(yīng)比隨時間的變化，指出可以利用主震前加卸載響應(yīng)比高值異?，F(xiàn)象對水庫誘發(fā)地震進(jìn)行預(yù)測；胡先明等［19］以庫水為加卸載力源，庫區(qū)地震頻次和能量作為響應(yīng)參數(shù)分別研究了大橋水庫地震主震前后加卸載響應(yīng)比變化情況，指出庫水加卸載響應(yīng)比可有效應(yīng)用于水庫誘發(fā)地震的監(jiān)測預(yù)報。

加卸載響應(yīng)比法是基于非線性系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析提出的，利用了監(jiān)測得到的地震響應(yīng)資料，具有明確的實(shí)際物理意義。目前在礦震和天然地震中應(yīng)用較多，然而由于水庫地震與礦震、天然地震相比存在差異性，以及地震機(jī)理本身問題的復(fù)雜性，對于加卸載響應(yīng)比法在水庫地震中的具體應(yīng)用還需進(jìn)行大量的研究分析，目前對這方面的研究還不是很多。同時需注意以下兩個問題：（1）和高震級b值與低震級b值之比預(yù)測法相同，對于具體的異常判據(jù)的確定還存在較大問題。例如，在陳學(xué)忠等［18］的研究中可以看到加卸載響應(yīng)比在新豐江主震前達(dá)到了4左右，在佛子嶺主震前達(dá)到了2.5左右，而在丹江口主震前卻達(dá)到了10左右，其高值異常程度差別較大。（2）由于加卸載響應(yīng)比與水庫地震之間的實(shí)際關(guān)系復(fù)雜，很多因素都可能對加卸載響應(yīng)比的變化情況造成影響。因此實(shí)際應(yīng)用時如何抓住主要因素，忽略次要因素，對實(shí)際的加卸載響應(yīng)比值進(jìn)行合理的確定是目前面臨的較大問題。如胡先明等［19］在研究中，當(dāng)對大橋水庫及附近相對較大范圍進(jìn)行研究時，發(fā)現(xiàn)地震能量的加卸載響應(yīng)比異常不明顯，不能對主震進(jìn)行預(yù)測；當(dāng)以大橋水庫水體附近為研究范圍時，發(fā)現(xiàn)地震能量的加卸載響應(yīng)比顯示了明顯異常，且在其變化初期曾出現(xiàn)異常，但卻無較大地震發(fā)生。

對此可以考慮從兩個方面進(jìn)行進(jìn)一步研究：（1）分析水庫地震中影響加卸載響應(yīng)比值變化的各種因數(shù)，研究其對變化結(jié)果的實(shí)際影響，從而找出主次因素，進(jìn)而研究對于不同水庫不同影響因素，異常現(xiàn)象的具體判據(jù)的確定方法。（2）可以結(jié)合其他的監(jiān)測參數(shù)，使用綜合方法對水庫地震進(jìn)行預(yù)測，從而彌補(bǔ)單個參數(shù)帶來的局限性影響。這里可以參考天然地震預(yù)測方面所取得的成果［20］。

3.3 其它方法

常寶琦［4］指出高水位條件下的水位急劇升降可能伴有較大地震。嚴(yán)尊國等［15］對用大震前的地震活動“密集－平靜”現(xiàn)象、b值異常、波速比異常和地震應(yīng)變?nèi)渥兦€形態(tài)預(yù)測水庫誘發(fā)最大地震的方法進(jìn)行了討論。胡先明等［21］研究了大橋水庫誘發(fā)地震和紫平鋪水庫震群中穿過水體下方的地震波速比在地震前后的變化，指出可以利用主震前波速比的高值異?，F(xiàn)象對水庫地震進(jìn)行監(jiān)測。

4 討論與展望

本文通過對現(xiàn)有水庫誘發(fā)地震主要預(yù)測方法進(jìn)行了分析討論，認(rèn)識到現(xiàn)有的水庫地震預(yù)測方法均存在一定的局限性。由于水庫誘發(fā)地震的復(fù)雜性，震例的有限性和不確定性，及水庫誘發(fā)地震的背景環(huán)境呈現(xiàn)出的多樣性，加之水庫誘發(fā)地震的機(jī)理難以用實(shí)驗(yàn)方法模擬或驗(yàn)證，目前對水庫誘發(fā)地震問題的研究還處在逐漸認(rèn)識和不斷積累資料的階段。采用不同預(yù)測方法得到的預(yù)測結(jié)果差異顯著。定性預(yù)測法主要是依據(jù)人們對水庫誘發(fā)地震機(jī)理的認(rèn)識和實(shí)際工程中取得的經(jīng)驗(yàn)定性地對水庫誘發(fā)地震的可能性進(jìn)行預(yù)測，受主觀性影響較大，較難統(tǒng)一評定標(biāo)準(zhǔn)。定量預(yù)測法則是在對水庫誘震機(jī)理的認(rèn)識和經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上，以一定的數(shù)學(xué)物理模型或方法，通過對水庫誘發(fā)地震問題的量化處理，以定量的結(jié)果對水庫誘震問題進(jìn)行評價。它們都是在對水庫區(qū)域和庫區(qū)的地質(zhì)、水文、地震和水庫工程資料的詳細(xì)調(diào)查分析基礎(chǔ)上進(jìn)行的，之間沒有清晰的界限。隨著人們對水庫誘震機(jī)理認(rèn)識的深入，定性預(yù)測必然會逐步向定量化方向發(fā)展，定量預(yù)測也會得到不斷發(fā)展和完善?；诒O(jiān)測的預(yù)測法則是基于定量的監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析整理，通過定性分析監(jiān)測數(shù)據(jù)與水庫發(fā)震之間的關(guān)系，對水庫地震發(fā)展趨勢進(jìn)行預(yù)測。

只有正確地基于水庫誘震機(jī)理提出的預(yù)測模型才可能對水庫誘震問題進(jìn)行科學(xué)、準(zhǔn)確的預(yù)測。為此可以從以下幾個方面進(jìn)行研究。

（1）應(yīng)加強(qiáng)對水庫誘震機(jī)理的研究，深入分析各誘震因素之間不同的相互作用對實(shí)際誘震效果的影響，從水庫誘發(fā)地震機(jī)理的角度提出合理的預(yù)測模型。通過對實(shí)際案例進(jìn)行應(yīng)用反饋，進(jìn)而對模型進(jìn)行優(yōu)化，才能科學(xué)合理地對水庫誘震問題進(jìn)行預(yù)測。

（2）實(shí)際應(yīng)用時可根據(jù)區(qū)域和庫區(qū)詳細(xì)勘察的地質(zhì)、水文和歷史地震資料，綜合多種預(yù)測方法結(jié)合研究水庫的實(shí)際情況，合理地對水庫誘發(fā)地震的危險性及可能的最大震級進(jìn)行綜合評價。例如，可用經(jīng)驗(yàn)類比法對水庫的誘震危險性和危險庫段進(jìn)行預(yù)測，再在此基礎(chǔ)上綜合多種方法對水庫可能誘發(fā)的最大震級進(jìn)行合理的評價。

（3）隨著監(jiān)測設(shè)備、監(jiān)測技術(shù)的快速發(fā)展，以及庫區(qū)地震監(jiān)測臺網(wǎng)的大量建設(shè)，能獲得大量的水庫地震活動性監(jiān)測數(shù)據(jù)。基于水庫監(jiān)測數(shù)據(jù)的綜合分析，并結(jié)合區(qū)域的本底地震活動性特征對水庫地震進(jìn)行預(yù)測可能是今后水庫地震預(yù)測的主要發(fā)展方向。

（4）通過實(shí)測、實(shí)驗(yàn)及數(shù)值模擬方法加強(qiáng)對庫深部環(huán)境的了解，包括應(yīng)力場，巖石力學(xué)性質(zhì)，也隙壓力等，研究庫水對庫區(qū)、區(qū)域和巖層的影響，分析誘震因素之間的相互作。

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