水库蓄水对断层活动习性的影响及其诱发地震效应研究

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水库作为重要的人工水利设施,在社会生产生活的多发面发挥着不可替代的作用,已经成为关系国计民生的重要因素。但水库在造福人类的同时,也对周邻区域的生态环境造成了危害。水库诱发地震作为其中较严重的灾害问题之一,已经引起了国家、社会等多层面的重视与关注。  通过对当前水库诱发地震在形成条件、成因机制、预测评价及防控治理等方面研究现状的分析与讨论,总结了水库诱发地震相关性研究中存在定量分析不足、成因机理研究中缺少物理机制支撑等突出问题与难点,并针对以上问题提出了本文“数据-现象-机理-模型-方法”这样一套完整的水库诱发地震研究思路。论文主要研究内容如下:  (1)基于Copula的水库蓄水和组合环境条件与诱发地震相关性研究:以水库诱发地震、水库蓄水、地质条件等数据为基础,从水库诱发地震的现象出发,提出运用Copula函数理论分别从单因子和多因子角度构建相关性模型,并利用Copula函数模型在相关性分析上的优良特性来研究诱震因子与诱发地震之间的相关关系,从现象上揭示了水库诱发地震活动的基本时空特征与规律,结果表明水库水位和蓄水过程与诱发地震频次具有紧密相关性,并且不同环境条件的组合模式产生的诱发地震危险性存在较大差别。  (2)断层活动习性对水库蓄水作用的力学响应机制研究:以水库诱发地震的时空特征和规律为基础,从水库蓄水对断层活动习性影响的角度出发,以岩体力学、弹性力学、岩石破坏准则、有效应力定律、流体力学等为理论依据,通过构建水库蓄水渗流与岩体结构(流固)耦合作用模型,利用有限差分法分别对水库蓄水前后断层的受力状态进行了仿真计算,并通过对比分析确定了水库蓄水在断层上导致的应力改变,进而从内部物理机制角度揭示了水库诱发地震的成因机理,结果表明不同条件下水库蓄水对断层活动习性的影响具有相应的不同特征。  (3)水库区断层活动习性改变的诱发地震效应模型及应用研究:以断层活动习性对水库蓄水的力学响应机制为依据,进一步确定了影响水库蓄水导致断层活动习性改变的主控因素,建立了断层活动习性改变的触震与缓震作用模型,提出了断层活动习性改变诱发地震效应的基本模式,探讨了基于物理机制的水库诱发地震风险预测和灾害防控方法。  本文从现象上揭示了水库蓄水和组合环境条件与诱发地震相关性的特征与规律,从力学机制上分析了水库蓄水影响断层活动习性的内在机理,从触震与缓震作用角度评价了断层活动习性改变诱发地震的效应,从物理机制上探讨了水库诱发地震风险预测和灾害防控方法,不仅对水库诱发地震成因机理的研究具有重要理论意义,而且在水库诱发地震风险预测与灾害防控实践中具有广泛应用前景。
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