基于高分辨率数值模拟的水库地震触发机制定量化对比研究

After the Wenchuan earthquake occurred, whether the big earthquake triggered by the storage of the Zipingpu Reservoir has attracted wide attention in international academic community. In addition to the qualitative discussion, many scholars also adopted the quantitative analysis methods to calculate the stress changes, but due to the different results, they draw very different conclusions. The purpose of this project is not providing a simple answer to the ‘whether triggered or not’, but taking the dispute of different teams in the quantitative calculation of Zipingpu reservoir as a starting point. In order to find out the key influence factors of quantitative calculation and know about the existing uncertainty elements during the numerical simulation, we further optimize the choice of key parameters and improve the method of numerical simulation from construct the only factor changed model. Based on the field survey and indoor experiment, we continuously improve the model and conduct high performance computing simulation analysis to give some insight on the physical mechanism of reservoir triggered earthquake. On the basis of the research, we compare multiple reservoir triggered earthquake in China and the world to look for key trigger controlling factors and parameters. At the same time, we summarize a set of scientific numerical simulation method to expand the thought of quantitative research of physical mechanism of reservoir triggered earthquake.

汶川地震后，紫坪铺水库蓄水是否触发了汶川地震在国内外学术界引起了广泛关注。除定性讨论外，许多学者也采用定量分析的方法进行了计算，但因计算结果不同而得出了不同的结论。本项目不是非要对“是否触发”问题给一个简单答案，而是拟以解决目前紫坪铺水库蓄水不同研究组定量计算中出现的争议为出发点，找出定量计算中的关键影响因素，了解目前水库蓄水数值模拟中存在的不确定性问题所在，进一步优化数值计算方法，讨论控制参数取舍对结果影响，改进关键参数选取方法。在有针对性的野外考察和室内试验基础上，改进模型，进行高性能模拟分析计算，以期加深对水库蓄水触发水库地震发生物理机制的认识，并在此基础上对中国和世界多个水库地震触发机制进行对比研究，寻找触发水库地震的关键性控制因素和参数，同时总结一套分析水库地震触发问题的数值模拟科学分析方法，拓展丰富水库地震触发物理机制定量研究的思路。

在本项目的资助下，课题组成员在过去的三年中围绕水库地震作用机理，剖析了在定量计算中哪些因素导致了不同研究机构对紫坪铺水库蓄水是否与汶川地震有关而出现争议，并搭建了不同区域不同类型高分辨率的水库地震模型，开展了一系列研究工作，取得了一些研究成果，在国内外学术期刊上共发表8篇学术论文，主要的学术成果包括：.1.紫坪铺水库蓄水是否与汶川地震有关影响因素分析.通过对水库蓄水定量计算基本原理和可能引起计算结果差异可能因素的分析，初步结果显示计算方法、模型维数、扩散模型、震源参数和扩散系数等的取值不同是造成计算结果差异的主要因素，特别是裂隙岩体的扩散系数。在紫坪铺水库定量计算中模型维数的差别引起汶川地震震源处的库仑应力变化计算结果相差约3倍；仅考虑断层渗透率或仅考虑均匀各向同性的岩体渗透率，均具有片面性；震源机制解断层走向倾角的差异，会显著影响库仑应力大小计算结果，可到达2-7倍；不同扩散系数下，孔隙压力相差可达几百倍。.2. 三峡水库蓄水对2013年12月16日M5.1巴东地震的影响研究.2013年12月16日，在湖北恩施巴东地区发生了M5.1地震，此次地震距离三峡水库库区仅5.5km，那么此次地震的发生与三峡水库是否有关？通过建立三峡水库库首区三维孔隙弹性完全耦合模型，初步得出：三峡水库水体载荷产生的库仑应力变化为正，增加了发震断层破裂的危险性；M5.1震源处的孔隙压力变化在13.0~17.0kPa，库仑应力变化在8.0~11.0kPa。同2008年11月秭归M4.1地震对比分析，水体载荷对其的作用与M5.1有所不同。此部分内容发表在《PEPI》上。.3. 埃及Aswan水库ML5.7地震高性能数值计算分析.位于尼罗河上的Aswan水库ML5.7级地震是否由于水库蓄水诱发一直引起争论。通过数值计算分析得出水库蓄水引起的应力变化确实可以触发该地震的发生。2016年初该研究成果发表于PAGEOF上，文章一发表受到埃及研究机构的关注，并于2016年5月份派两位学者前来学习交流并开展了国际合作研究。