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王维洛:西部水电大开发和水库地震

发表于 24/08/2017 水库地震| 转发给朋友 | 浏览次数:172

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2017年8月8日和9日,地处西藏高原边缘地带的九寨沟和精河分别发生7.0级和6.6级地,引起国人的极大关注和热烈讨论。虽然古人对地震成因做过各种解释,从1906年美国瑞德教授提出地震成因的弹性反跳理论,至今只有111年,所以这还是一门很年轻的学科。正因为如此,对于地震成因的新理论不断地提出。对于水库诱发地震,人们的认识更是肤浅,主要是来自对一些水库诱发地震现象的归纳总结,并且通过案例不断地进行修正,比如水库诱发地震的震级,从不可能超过5级,不可能超过6级,到现在的6.5级。过去人们有意避免在强地震地区建造水库大坝,但是当周永康批准在强震区建设紫坪铺大坝水库工程(汶川地震的真正震中),吹响了西部水电大开发的号角,如今西藏高原是江河寸断,而这里正好是中国地震和地质灾害多发地区。据不完全的统计,西藏高原将建造二十一座坝高超过二百米的大坝,其中四座坝高超过三百米的世界最高大坝。根据最新的地震成因理论,如改变地表水和地下水分布会引起地震等等,近几年来西藏高原发生的地震,包括2008年汶川地震等,都和西部水电大开发有直接的关系。

一、世界各地关于发生地震的古老解释

地震是发生在自然界的一种现象,世界各地对于地震的发生,有许多不同的解释。古代中国人认为地底下有一头睡觉的巨牛,它翻身时就发生地震;日本人则认为地下生活着一条大鱼,它睡醒翻身时会发生地震,北美的印第安人认为地底下住着一头巨大的乌龟,乌龟一动就地震了。印度的一些部落认为几头大象背负着大地,大象一动就发生地震。

中国古代很早就有地震的记录,如《诗经·小雅》中有“烨烨震电,不宁不令,百川沸腾,山冢萃崩,高岸为谷,深谷为陵。”记录颇为生动详细。公元前780年,发生了一次强烈地震,朝野震惊.西周的伯阳父认为此乃亡国之兆。他说:“周将亡矣。夫天地之气,不失其序;若过其序,民乱之也,阳伏而不能出,阴逼而不能蒸,于是有地震。”果然,十年过后,西周灭亡,皇帝被杀。这就是著名的灾变论和阴阳地震说。

中国古代哲学家庄子(约前369年—前286年)认为:“海水三岁一周,流波相薄,故地动。”第一次用液体流动来解释地震的发生。

二、地震成因理论

1906年4月18日美国旧金山附近发生7.8级大地震,造成洛杉矶东部的圣安列斯地层发生断裂,经过实地考察,美国霍普金斯大学的瑞德教授提出了弹性反跳理论。他认为岩石是一个弹性体,可以象压缩的弹簧一样储蓄机械能,当断层两侧的岩体受到相向的外力作用时,断层中最脆弱的部分开始崩溃直至断层滑动。断层断裂一旦开始,便自震源沿着断层面急速扩张,断层面两侧岩体因而产生相对运动。此时蓄积在断层上的摩擦应力突然全部或者部分被解除,很短时间后两侧岩体跳到新的平衡位置。长期蓄积的弹性能也在这个瞬间转变成热能和地震波被释放出来。这个地震成因理论从提出至今也只有111年的历史,是一门很年轻的学科。

后来在全球板块构造动力假说的支持下,弹性反跳理论得到了比较广泛的认可和应用。用这个理论可以这样解释1906年旧金山大地震:北美板块和太平洋板块分界的圣安列斯断裂的水平突然错动造成的。中国地震局也是用这个理论来解释2008年的汶川地震,2010年玉树地震,2013年雅安地震和2017年九寨沟和精河地震。

一个理论只能解释一些现象,不能解释所有现象,弹性反跳理论也是同样,许多同行提出悖论。中国地震学家岳中琦认为这个理论不能科学合理地解释复杂的地震自然现象。持这个观点的还有台湾的张助馨等。岳中琦经过研究发现,汶川大地震中国并没有大量热量释放出来,地震后,四川省气象厅的温度测量结果表明,极震区的温度也是立即降温的,而且很快地降了两天大雨。2008年汶川地震后,专家解释说,这次地震把几千年储蓄的能量都释放出来了。意思应该是今后几年、十几年这个地区不会有大地震了。可是雅安地震、九寨沟地震接踵而来,这些地震的能量又是什么时候储存起来的呢?所以科学家一直都在致力寻找新的地震成因理论。

三、水库诱发地震

2017年8月11日新华社发表采访中国工程院院士陈厚群《九寨沟地震与三峡工程有关?工程院院士释疑》的报道。陈厚群介绍,“水库地震主要分为两类:一类是水库蓄水后,两岸原来存在的溶洞、矿洞,由于水体淹没的影响发生陷落,在库区诱发地震,一般震级不会很大且能量有限;另一类是,库区正好穿越发生地震的断裂带,水库蓄水后水渗入地下,孔隙压力升高,抗滑强度减弱,水库起到触发作用。这些区域原本就有地震,水库蓄水起到一定的触发作用。”

1994年三峡工程正式开工,至2014年,三峡工程建设经过20年的时间已基本完成,并进行了6年试验性蓄水检验。2014年7月国务院决定对三峡工程进行整体竣工验收,汪洋任验收委员会主任,陈厚群任验收专家组组长,和当年三峡工程论证时张光斗、潘家铮的角色差不多。原定2016年第一季度提交整体竣工验收报告,提请国务院三峡建委全体会议审议并报国务院审批。到2017年8月三峡工程整体竣工验收还没有完成。陈厚群很是谦虚地在百度百科中的个人介绍中,也不提这个党交给的光荣使命。

对于水库诱发地震,人们的认识是很肤浅,主要是来自对一些水库诱发地震现象的归纳总结:第一:大坝高大于100米,水库库容大于10亿立方米;第二:水库大坝区有新构造,活断裂呈张,扭性和张扭,压扭性;第三:水库大坝区为中,新生代断陷盆地或其它边缘,近代升降活动明显;第四:深部存在重力梯度异常;第五:岩体深部张裂隙发育,透水性强;第六:水库大坝区历史上曾有地震发生;第七:地震多发生在水库形成后的几年之内,之后地震活动性减少,强度减弱;第八:震中密集于库坝附近。主要是密集分布于水库边岸几公里到十几公里范围内;第九:水库诱发地震震源深度浅,多在地下10公里范围内;第十:水库诱发地震震级不会超过6.5级。

其实这些特征的总结,是在一个不断修正的过程中,比如说关于水库诱发地震震级。最初人们认为水库不会诱发地震,后来认为,水库的蓄水重量可能压垮水库下面或者附近两岸的溶洞,形成塌陷地震,但地震震级不可能超过5.0级。

胡佛大坝的建设,是大坝建设史上的一个大突破,大坝高为142米,水库库容为350亿立方米,为当时世界最高的大坝和库容量最大的水库。胡佛水库从开始蓄水起,在1936到1937年期间,人们就记录到一百多次可感的地震。在1939年胡佛水库地区发生了震级为5.0级的地震。从那个时候起,水库诱发地震才引起人们注意。此时人们再回头看,1931年,希腊玛拉通大坝工程完工,水库蓄满水后一年,该地区发生了地震。1938又连续发生了震级为5.0级的地震。1933年阿尔及利亚的奎德富达水库地区也发生了诱发地震,但是地震震级不高。

有了胡佛水库地震和玛拉通水库地震的案例,人们修正了水库诱发地震震级,认为水库诱发地震震级不会超过5.0级。这个结论持续了二十多年。

二十世纪六十年代,情况发生了变化:

——1962年年中国的新丰江水库发生了6.1级地震;
——1963年世界上库容最大的赞比亚和津巴布卫的卡里巴水库发生了5.8级地震;
——1966年希腊的克雷玛斯塔水库发生了6.3级地震;
——1967年印度科依纳水库地区发生6.5级地震。

这样水库诱发地震震级从不会超过5.0级,修正到不会超过6.2级,再修正到不会超过6.3级,直至现在修正到不会超过6.5级地震。

至于震中与水库的位置,从不超过5公里改为主要是密集分布于水库边岸几公里到十几公里范围内;震源深度从在10公里范围内改为多在地下10公里范围内,将来有可能改为15公里或者20公里范围内。

再说其他的一些特征,新丰江大坝建造之前,做过地质调查,没有断裂,历史也没有地震记录。只是在地震发生后再做地质调查,说是发现了有断裂。印度科依纳水库也是一样,大坝建造之前,做过地质调查,没有断裂,历史也没有地震记录。地震发生后说是发现了断裂等等。

新丰江水库地震对所有来说,至今都还是一个谜,从1962年发生6.1级地震以来,地震一直不断:

——2012年1月6日2.9级地震;
——2012年2月16日4.8级地震;
——2012年8月31日4.2级地震;
——2012年9月2日3.5级地震;
——2013年1月23日2.4级地震;
——2013年2月22日4.8级地震;
——2014年2月22日4.8级地震;
——2014年4月25日4.0级地震;
——2014年5月25日2.6级地震;
——2014年7月11日4.2级地震,震源深度12公里。

2012年11月20日,新丰江水库地震50周年研讨会在河源召开,发布报告说,新丰江水库一共诱发35万次地震。据广东省地震局专家监测,在河源地区发生的这些地震均为水库地震,是人类蓄水活动诱发的一种地震。但是到了2013年,广东省地震局副局长梁干表示,认为2012年2月16日的4.8级地震为构造地震,因为最近两年东源的4.8级地震已远离水库大坝区,距离大坝达30公里,主要还是跟地壳构造活动有关。

四、大坝越高,发生诱发地震的可能性越大

二十世纪六十年代发生的水库诱发地震引起人们的重视。1970年,联合国科教文组织成立了水库诱发地震问题研究的专家组,取得了一些研究成果。比如专家提出,“因为到目前为止,还没有可实用的判断水库诱发地震风险的指标,所以,所有的‘大型水库’在某种程度上可以被认为,存在水库诱发地震的可能。”著名的地震学家洛德(曾任世界地震学会主席)在研究了水库诱发地震和大坝高度的关系后指出,两者之间存在正相关的关系。大坝越高,发生诱发地震的可能性越大。但是这个时候,工业发达国家不再大规模地建造水库大坝,特别是巨型的水库大坝,所以这个研究就停下来了。

2001年由周永康亲自决策和支持兴建的紫坪铺大坝工程,吹响了开发西藏高原水电资源的冲锋号,五大国电企业跑马圈水,西藏高原水电资源的大开发到了疯狂的地步。在雅鲁藏布江加查峡谷地段的短短三十八公里范围内建造五座高坝,下游再建三座高坝。在西藏高原连续建造二十一座坝高超过二百米的大坝,其中四座坝高超过三百米的世界最高大坝。

中国地震台网中心专家孙士鋐解释说,九寨沟强震震央属龙门山断裂带,新疆精河强震则属天山地震带中带。地震带不同,但都在青藏高原周边,动力源同样来自印度洋板块向欧亚板块的推挤。印度洋板块以每年5公分的速度向北和向东挤压,将青藏高原抬升。在抬升过程中,青藏高原松软的物质东移,而四川盆地为刚性物质较坚硬,松软物质受到阻挡,形成能量积累,到一定程度就会发生地震。

过去,人们避免在地震高发地区、在地质条件复杂的地区、在有断裂的地区建造水库大坝。印度洋板块向北和向东挤压的活动不会停止,西藏高原的抬升不会停止,西藏高原松软的物质东移不会停止,西藏高原的地震活动不会停止,应该避免在西藏高原上建造巨型的水库大坝。而周永康的西部水电大开发则是明知山有虎,偏向虎山行。在中国做工程是灰色收入的主要来源,都说“金桥银路钻石坝”,修水库大坝的灰色收入远远高于修路修桥。周永康的儿子从四川的一个水库大坝工程中得到的好处就是四亿元人民币,如此的利润,怎么不让利益集团全体疯狂?

孙士鋐用板块运动和弹性反跳理论来解释九寨沟和精河地震。陈厚群也是用弹性反跳理论来解释水库诱发地震,水库蓄水后水渗入地下断裂带,孔隙压力升高,断裂抗滑强度减弱,断裂运动,就有了地震,水库蓄水起到一定的触发作用。但是陈厚群没有解释的是,水渗入断裂带后触发了地震,这个地震的震级比没有水渗入的情况下要大还是小?根据瑞德教授的弹性反跳理论,岩石是一个弹性体,可以象压缩的弹簧一样储蓄机械能,断层开始运动,机械能分为两部分释放出来,一部分为摩擦产生的热能和另一部分为地震波。地震波的大小决定了地震的震级,摩擦产生的热能是自耗。水库的水渗入断裂带后,使得断层的活动更加容易,断层滑动的距离越远,消耗在摩擦上的能量越小,这样断层运动所释放的地震波越大,地震震级越高。

最后引用美国阿拉斯加大学费尔班克斯分校地球物理研究所内德·罗泽尔的一句话:“没有人知道,在当地的存在的断裂,对于三峡大坝后面令人难以置信的水量作出反应。就像大雪压在一个已经超载的屋顶上一样。被大坝阻挡的水的重量,可能会引起已经存在的断层向地壳滑动,导致地震发生。断层会更经常地发生滑动,如果附近的巨型水库装满了水。”

根据最新的地震成因理论,改变地表水和地下水分布会引起地震,极高压天然气会引起地震,地层中气体爆炸会引起地震,水库蓄水通过裂隙进入深层遇到岩浆发生爆炸会引起地震,岩浆沿裂缝上升遇到水发生爆炸会引起地震,等等。这说明,这还是一门很年轻的学科。


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