也談紫坪鋪大壩與汶川地震的關(guān)系

    前言

    很長(zhǎng)時(shí)間以來(lái)，由于國(guó)內(nèi)外反水壩組織的欺騙宣傳，不少公眾對(duì)我國(guó)西南地區(qū)水電工程的抗震安全性產(chǎn)生了一系列的疑問(wèn)。近幾年來(lái)在各種媒體上，國(guó)內(nèi)的反壩組織和人士們，總是不厭其煩的重復(fù)（四川省地礦局區(qū)域地質(zhì)調(diào)查隊(duì)總工程師）范曉的這樣一個(gè)非常有誘惑力的說(shuō)法“四川岷江上的紫坪鋪水庫(kù)壩高156米，庫(kù)容9.63億方，其上游還有一系列的梯級(jí)大壩，面對(duì)岷江上游曾多次發(fā)生7級(jí)以上地震的強(qiáng)震區(qū)和大規(guī)模山崩堵江潰壩的歷史背景，一旦類似疊溪、松潘大地震的事件重演，后果將不堪設(shè)想。”。

    對(duì)于這種危言聳聽(tīng)的欺騙說(shuō)法，我們專業(yè)人員雖然已經(jīng)多次專門(mén)寫(xiě)文章予以解釋。但是，這些畢竟還都是寫(xiě)在紙上的“筆墨官司”，大家各說(shuō)各的理由，似乎誰(shuí)也難以說(shuō)服誰(shuí)。實(shí)踐是檢驗(yàn)真理的最好標(biāo)準(zhǔn)。2008年5月12日，就在距離紫坪鋪水庫(kù)17公里的汶川，確實(shí)發(fā)生了比范曉先生多次威脅說(shuō)“后果不堪設(shè)想的”

    松潘大地震還要大得多的8級(jí)特大地震。然而，被范曉先生作為論據(jù)反復(fù)警告的“四川岷江上的紫坪鋪水庫(kù)和上游還有一系列的梯級(jí)大壩”，全都安然無(wú)恙，無(wú)一潰壩。紫坪鋪水庫(kù)不僅沒(méi)有發(fā)生任何“不堪設(shè)想的后果”。而且，還在地震中立了大功。例如，紫坪鋪水庫(kù)形成的寬闊水面，為地震后道路的嚴(yán)重塌方和空中氣候受阻的救災(zāi)提供了可靠的水路保障；震后幾天（5月17日）紫坪鋪水電站紫坪鋪就率先恢復(fù)發(fā)電，為災(zāi)區(qū)的搶險(xiǎn)救災(zāi)提供了巨大的幫助；不僅如此，水庫(kù)的11億庫(kù)容，成為目前危機(jī)四伏的眾多堰塞湖的最后屏障，保障著整個(gè)成都平原免受堰塞湖潰決洪水的威脅。

    在“西南地震高發(fā)地區(qū)不能建設(shè)水電站”的危言聳聽(tīng)被鐵的事實(shí)所揭穿之后，一貫反對(duì)我國(guó)水電建設(shè)的極端環(huán)保人士們，為了掩蓋自己長(zhǎng)期宣揚(yáng)的謠言被揭穿的尷尬，馬上又開(kāi)始轉(zhuǎn)移方向。因而又開(kāi)始制造輿論說(shuō)，汶川特大地震，很可能就是由于紫坪鋪水庫(kù)引發(fā)的。為了回答這些疑問(wèn)，本文將結(jié)合以往的一些資料，對(duì)水壩建設(shè)與地震災(zāi)害的關(guān)系以及紫坪鋪水庫(kù)的具體情況進(jìn)行科普性的介紹和一些辯證的分析。

    （關(guān)鍵詞：紫坪鋪  大壩  水庫(kù)誘發(fā)地震）

    關(guān)于水電站與地震的關(guān)系問(wèn)題，可以分為兩個(gè)方面考慮：一是地震對(duì)大壩安全性的影響，另一個(gè)是大壩建成蓄水以后誘發(fā)地震的問(wèn)題。

    1.地震對(duì)大壩的影響

    地震對(duì)人類的威脅確實(shí)很大。地震對(duì)大型水壩的安全性問(wèn)題一直是水利水電工作者關(guān)注的主要問(wèn)題之一。工程的抗震能力也是我國(guó)水利水電工程中的一個(gè)重要分支，我國(guó)研究水利水電技術(shù)的專門(mén)機(jī)構(gòu)——中國(guó)水利水電科學(xué)研究院內(nèi)設(shè)有專門(mén)的抗震研究中心，在水利水電工程規(guī)劃設(shè)計(jì)方面，國(guó)家已經(jīng)制訂了一系列的工程抗震設(shè)計(jì)規(guī)范，每個(gè)工程都必須嚴(yán)格遵守，每個(gè)工程的修建都必須達(dá)到這方面的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。然而，我們關(guān)于地震對(duì)大壩安全性的影響，也不必過(guò)分的擔(dān)心。

    就人類現(xiàn)有對(duì)地震的研究水平來(lái)看，人們總能夠通過(guò)已有的地震資料分析和地質(zhì)勘探，讓準(zhǔn)備修建的壩址避開(kāi)強(qiáng)烈的地震的斷裂帶。同時(shí)，通過(guò)對(duì)壩址的地基處理和壩型選擇，也可以大大降低地震對(duì)大壩工程的危害。

    針對(duì)社會(huì)各界對(duì)我國(guó)西南地震高發(fā)地區(qū)的水電開(kāi)發(fā)表示的擔(dān)心，我國(guó)水壩抗震問(wèn)題專家，中國(guó)水利水電科學(xué)研究院抗震研究中心的陳厚群院士在聯(lián)合國(guó)水電與可持續(xù)發(fā)展研討會(huì)上宣講了他的研究成果。他指出：為在我國(guó)西部開(kāi)發(fā)豐富的水能資源并進(jìn)行脫貧致富，在高地震區(qū)進(jìn)行高壩大庫(kù)的建設(shè)是難以避免的。并通過(guò)研究試驗(yàn)得出結(jié)論說(shuō)：在中國(guó)水電的發(fā)展中，對(duì)高拱壩的抗震安全，并不存在難以逾越的技術(shù)障礙。實(shí)際上，這一結(jié)論公眾也應(yīng)該非常容易理解?，F(xiàn)代人類在城市中建筑的很多高樓大廈，從結(jié)構(gòu)復(fù)雜性上來(lái)說(shuō)要比水壩的抗震難度大的多。

    現(xiàn)代技術(shù)既然可以在東京、洛杉磯這些地震高發(fā)區(qū)放心的建設(shè)高樓大廈，就根本用不著擔(dān)心我們建設(shè)水壩的抗震技術(shù)和能力。為了水壩建設(shè)的安全，我國(guó)早就從國(guó)外引進(jìn)的大型振動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)，目前任何一座重要的大型水電工程，幾乎都經(jīng)過(guò)了嚴(yán)格的地震模擬試驗(yàn)。所以，我國(guó)這次汶川發(fā)生的特大地震，沒(méi)有一個(gè)水壩垮塌。

    就我們現(xiàn)有的工程技術(shù)水準(zhǔn)而言，只要正確的認(rèn)識(shí)到了地震的強(qiáng)度和活動(dòng)規(guī)律，人們完全可以采用相應(yīng)技術(shù)手段解決水壩的抗震問(wèn)題。

    2建壩蓄水對(duì)地震的影響

    此外，關(guān)于大壩引發(fā)地震的問(wèn)題，也是人們關(guān)注的話題之一。我們應(yīng)該承認(rèn)水庫(kù)蓄水以后確實(shí)會(huì)引起一些地震的發(fā)生。水庫(kù)誘發(fā)地震也分為兩種情況，一種是在原本沒(méi)有地震斷裂帶的地區(qū)，由于水壩的建設(shè)以后形成水庫(kù)，水庫(kù)蓄水改變了原來(lái)的地應(yīng)力分布，從而產(chǎn)生了局部地震。這種情況比較普遍，但是，由于水庫(kù)增加的水體重量通常是均勻的分布在一塊較大的面積之上。這種情況就好像是在地表面蓋上一床被子，不會(huì)產(chǎn)生很大的應(yīng)力集中的情況，很難因?yàn)樗w的重力出現(xiàn)使庫(kù)區(qū)的地下巖層發(fā)生大規(guī)模斷裂的地震現(xiàn)象。所以，僅僅由水庫(kù)蓄水引發(fā)的地應(yīng)力改變所產(chǎn)生的地震，一般都非常微弱，大多數(shù)都是3級(jí)以下人們難以察覺(jué)的微震（國(guó)際上也有一種觀點(diǎn)認(rèn)為，這類的地震一般不作為水庫(kù)誘發(fā)地震考慮）。

    因水庫(kù)蓄水而誘使壩區(qū)、水庫(kù)庫(kù)盆或近岸范圍內(nèi)發(fā)生的地震，叫做水庫(kù)誘發(fā)地震。根據(jù)精確定位的水庫(kù)誘發(fā)地震的震中資料證明，震中位置均分布在壩區(qū)、水庫(kù)庫(kù)盆及近岸地段范圍內(nèi)，距庫(kù)邊線一般不超過(guò)3～5千米。壩區(qū)和庫(kù)盆及其周邊巖體中，有活動(dòng)性斷裂構(gòu)造或者現(xiàn)代巖溶作用發(fā)育，斷裂帶或巖溶管道系統(tǒng)與庫(kù)水有直接的水力聯(lián)系，蓄水前有可靠的歷史和現(xiàn)代地震記載，水庫(kù)蓄水后就會(huì)誘發(fā)新的地震。按工程地質(zhì)條件來(lái)分類，水庫(kù)誘發(fā)地震具有不同的成因類型，主要有巖溶塌陷型和斷層破裂型。其他類型的誘發(fā)地震震級(jí)很小，不會(huì)對(duì)大壩和周?chē)h(huán)境造成危害，因此一般不作過(guò)多的研究。

    熔巖塌陷型的地震一般也都不會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)震，所以，水庫(kù)誘發(fā)大地震的主要是斷層破裂型地震。有些水庫(kù)蓄水地區(qū)原來(lái)就是強(qiáng)地震區(qū)，有明顯的地震斷裂帶存在，地球板塊的緩慢運(yùn)動(dòng)使得原有的地應(yīng)力積累就已經(jīng)孕育著地震。在這種情況下由于水庫(kù)蓄水打破了原有的平衡，導(dǎo)致了地震的延遲或者提前發(fā)生。這種情況下發(fā)生的地震，其危害程度主要取決于原有的已經(jīng)積蓄的地震能量。水壩蓄水可能只是引發(fā)或者說(shuō)觸發(fā)地震，而不是造成地震。而且，水庫(kù)的水體重量本身，也不可能制造出如此之大的能量。

    3、水庫(kù)誘發(fā)地震有助于降低地震強(qiáng)度的機(jī)理分析[next]

    斷層地震的產(chǎn)生主要在于地應(yīng)力的積累、變化使斷層產(chǎn)生了突然的破裂或者錯(cuò)動(dòng)。而斷層地震的發(fā)生條件就在于不同方向的地應(yīng)力的合力克服了斷層之間的摩擦力。當(dāng)斷層的摩擦力越大時(shí)，需要克服摩擦力的作用力就越大。這種情況下地震不容易發(fā)生，然而，一旦發(fā)生后地震的能量也就比較大。相反，如果斷層之間的摩擦力越小，需要克服摩擦力的地震作用力就越小，越容易產(chǎn)生地震，同時(shí)地震產(chǎn)生后的能量也比較低低。所以說(shuō)決定地震爆發(fā)時(shí)能量強(qiáng)弱的關(guān)鍵在于斷層之間的摩擦力。從這一點(diǎn)上看，由于水庫(kù)蓄水后將會(huì)加大地下滲流，水的侵潤(rùn)只能使原有的斷層之間摩擦力降低。所以，水庫(kù)引發(fā)的地震一般都會(huì)起到加快原有地震地區(qū)地震發(fā)生的現(xiàn)象，同時(shí)，還有減小原有地震地區(qū)的震級(jí)的作用。

    顯然，這種蓄水導(dǎo)致提前發(fā)生的地震，只是把原來(lái)該地區(qū)正在積蓄的地震能量提前釋放，所以，水庫(kù)誘發(fā)后的地震一般都會(huì)比原來(lái)自然發(fā)生的地震震級(jí)低、破壞性減小。根據(jù)各國(guó)的實(shí)際觀測(cè)的情況也是如此，很多水庫(kù)建成以后都會(huì)引發(fā)地震，但是這些地震往往都是震級(jí)很小，次數(shù)頻繁。根據(jù)世界各國(guó)的記載并得到國(guó)內(nèi)外地震、地質(zhì)專家普遍承認(rèn)的水庫(kù)誘發(fā)地震約70~80起。絕大多數(shù)水庫(kù)誘發(fā)地震的震級(jí)小于里氏5級(jí)，屬于弱震或微震；較強(qiáng)的水庫(kù)誘發(fā)地震不到總數(shù)的20％，其中5.0～5.9級(jí)的中等強(qiáng)度地震僅為十幾例， 6.0～6.5級(jí)強(qiáng)度地震僅6例。目前世界上已記錄到的最大的水庫(kù)誘發(fā)地震為6.5級(jí)，1967年12月發(fā)生在印度柯依納水庫(kù)。

    迄今為止，只有兩例水庫(kù)誘發(fā)地震對(duì)大壩局部地段造成較大的損害，一個(gè)是我國(guó)的新豐江水庫(kù)（6.1級(jí)），一個(gè)是印度的柯依納水庫(kù)，壩址處地震強(qiáng)度均為8度；經(jīng)抗震加固后，至今都在安全運(yùn)行。也就是說(shuō)，迄今為止，世界上尚未發(fā)生因水庫(kù)誘發(fā)地震而使大壩失事的實(shí)例。這次我國(guó)紫坪鋪水庫(kù)經(jīng)受了烈度10級(jí)的強(qiáng)烈地震考驗(yàn)，充分顯示出了我國(guó)大壩抗震水平又跨上了一個(gè)新高度。

    4、紫坪鋪大壩與汶川地震

    根據(jù)水庫(kù)誘發(fā)地震的分類和定義，我們可以發(fā)現(xiàn)，此次汶川大地震從震級(jí)和震中位置上都不符合水庫(kù)誘發(fā)地震的基本條件。首先汶川地震的震級(jí)高，水庫(kù)的水體自身的重力是極為有限的，它不可能釋放出如此之大的能量。其次是距離振中的位置離水庫(kù)較遠(yuǎn)。國(guó)際上發(fā)生水庫(kù)誘發(fā)地震的現(xiàn)象，主要是在水庫(kù)庫(kù)盤(pán)附近。

    再說(shuō)紫坪鋪水庫(kù)相對(duì)來(lái)說(shuō)還只是一個(gè)較小的水庫(kù)，其有限的水體影響，一般不應(yīng)該引起17公里之外的地層發(fā)生如此之大的變化。

    此外，既然水庫(kù)誘發(fā)地震的機(jī)理，是由于水庫(kù)的蓄水引起來(lái)的，因此，水庫(kù)誘發(fā)的地震，一般都應(yīng)該發(fā)生在水庫(kù)建成后初期蓄水不長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)（世界上的普遍情況也確實(shí)都是如此）。而且，既然是由于水庫(kù)蓄水后增加的壓力變化引發(fā)的地震，所以，水庫(kù)誘發(fā)的地震顯然都應(yīng)該發(fā)生在水庫(kù)蓄水位較高、壓力較大的情況下。然而，這次汶川所發(fā)生的特大地震，既不是發(fā)生在紫坪鋪水庫(kù)蓄水的初期（2005年蓄水），也不是發(fā)生在水庫(kù)較高水位的情況下（目前正值汛前，正是水庫(kù)水位較低的時(shí)段）。上述這些情況，都與水庫(kù)誘發(fā)地震的機(jī)理相矛盾。

    最近，社會(huì)上也有一種比較有欺騙性的說(shuō)法認(rèn)為“紫坪鋪大壩是水泥面板堆石壩，壩高156米，水庫(kù)總庫(kù)容11.12億立方米。雖然紫坪鋪水庫(kù)的總庫(kù)容只是三峽大壩工程的不到三十分之一，但是紫坪鋪水庫(kù)增加的蓄水位高和三峽水庫(kù)是同一數(shù)量級(jí)的，都超過(guò)100米，增加的水壓力超過(guò)每平方米100噸。水庫(kù)蓄水越高，誘發(fā)地震的可能越大，地震震級(jí)越高。紫坪鋪水庫(kù)誘發(fā)地震的可能性絕對(duì)不會(huì)亞于三峽水庫(kù)。”。

    其實(shí)，我們只要仔細(xì)一分析這種說(shuō)法，就會(huì)發(fā)現(xiàn)它根本就是不成立的。根據(jù)流體的性質(zhì)沒(méi)有一個(gè)水庫(kù)的水體可以獨(dú)立的存在于地面上，所有的水庫(kù)都必須要有庫(kù)岸。而形成庫(kù)岸的巖體、山峰的比重，肯定會(huì)比水體的比重要高。這些人只注意到了“水頭都超過(guò)100米，增加的水壓力超過(guò)每平方米100噸。”，但是沒(méi)有想到原來(lái)水庫(kù)周?chē)襟w肯定要高于水庫(kù)蓄水的水體，其對(duì)地殼的壓力很可能是每平方米超過(guò)1000噸。因此，所有的水庫(kù)蓄水的結(jié)果，都必然是消除原有的地球地殼受力不均，減小應(yīng)力集中的好現(xiàn)象。這恐怕也是為什么一些真正由水庫(kù)蓄水引發(fā)的微小地震，有時(shí)也非常容易發(fā)生在水庫(kù)水位突然降低之后的根本原因。總之，地球表面的受力不均是自然界普遍存在的客觀現(xiàn)象，實(shí)際上，這些重量的差異對(duì)于地殼來(lái)說(shuō)，幾乎是微不足道的。人們所擔(dān)心的百米水頭，絕對(duì)沒(méi)有超過(guò)我們普通建筑工地的機(jī)械打樁對(duì)地殼的作用強(qiáng)度，根本就不足為奇。所以，單純水庫(kù)蓄水造成的地震，肯定都是非常微弱的。

    還有人用房屋上積雪過(guò)多，會(huì)突然壓塌房屋比喻水庫(kù)誘發(fā)地震。這種說(shuō)法似乎有一定的道理，不過(guò)這種地震的類型應(yīng)該屬于熔巖塌陷型。實(shí)踐證明熔巖塌陷型的地震能量極為有限，最多只能產(chǎn)生中強(qiáng)地震，不可能產(chǎn)生強(qiáng)大地震。況且在一般情況下，熔巖空洞很難做到絕對(duì)的真空、隔水，水庫(kù)蓄水后一般都會(huì)滲入溶洞，蓄水的同時(shí)也要增加溶洞內(nèi)的水壓力。在這種情況下不管我們?cè)谏厦嬖黾佣嗌偎?，都不?huì)影響溶洞原有的穩(wěn)定。因此在大多數(shù)地區(qū)，即使有大量的地下溶洞存在，通常也不會(huì)因?yàn)樗畮?kù)的修建而產(chǎn)生塌陷。

    以上水庫(kù)蓄水對(duì)地震的影響極為有限的看法，也得到了國(guó)內(nèi)外地質(zhì)地震學(xué)者的普遍支持。例如，我國(guó)這次汶川大地震發(fā)生之后，世界著名華裔地質(zhì)學(xué)家，加拿大蒙特利爾大學(xué)工學(xué)院嵇少丞教授，針對(duì)有人懷疑說(shuō)“這次地震是三峽大壩蓄水造成的”回答說(shuō)：

    “這些說(shuō)法都是沒(méi)有什么科學(xué)根據(jù)的。這次地震與人為因素和環(huán)境因素完全無(wú)關(guān)，正像我昨天說(shuō)的那樣，它是印度大陸板塊向北漂移并和歐亞大陸板塊碰撞擠壓，所引起的一系列造山運(yùn)動(dòng)的必然結(jié)果。我這樣來(lái)形容一下吧，印度大陸就像一架巨型的推土機(jī)，往北使勁地推，推起了青藏高原，當(dāng)青藏高原增高到一定的高度后再也推不動(dòng)了，其下地殼的物質(zhì)就被擠向東移，碰到了堅(jiān)硬的四川盆地地殼，形成了北東走向的龍門(mén)山。青藏高原和四川盆地的交接部位——龍門(mén)山破裂帶注定是地震的高發(fā)區(qū)。任何人為破壞因素和環(huán)境變化因素全加起來(lái)，也達(dá)不到這種造山運(yùn)動(dòng)所能產(chǎn)生的能量。這次汶川7.9級(jí)大地震釋放出來(lái)的能量相當(dāng)于四、五百顆原子彈同時(shí)爆炸，在一分鐘之內(nèi)在地殼巖石中形成一條深10到12公里，長(zhǎng)300公里的大破裂。水庫(kù)蓄水和地下核爆炸最多也就能誘發(fā)3級(jí)以下的地震，而8級(jí)地震所產(chǎn)生的能量是3級(jí)地震的一千多萬(wàn)倍。”

    總之，目前世界上有記錄的水庫(kù)誘發(fā)地震，最高的也只有6.5級(jí)。這也許就是世界上有幾十萬(wàn)座水壩，至今尚未有一起因?yàn)榈卣鹪斐傻目鍓问鹿实脑颉，F(xiàn)在，多年的事實(shí)使很多學(xué)者逐漸認(rèn)識(shí)到，即便是在地震高發(fā)區(qū)修建的水庫(kù)也并非就一定是壞事，在很多情況下水庫(kù)誘發(fā)地震，有助于地震能量的提前釋放，對(duì)于減小地震災(zāi)害的破壞性還有積極的作用。

    遺憾的是我國(guó)這次汶川發(fā)生的特大地震，不是由于水庫(kù)觸發(fā)的地震。假如，我們?cè)缭趲啄昵罢娴脑谡鹬懈浇ㄔ炝舜笮退畮?kù)，又具備了各種巧合的因素，觸發(fā)了汶川大地震的能量提前釋放?；蛟S這次地震發(fā)生的時(shí)間就會(huì)提前，但震級(jí)肯定會(huì)有所減輕，損失恐怕也不會(huì)像今天這樣慘痛。因?yàn)樗畮?kù)誘發(fā)出來(lái)的地震，非但不是水庫(kù)制造出來(lái)地震，而且還有可能通過(guò)提前釋放地震能量，減小原有地震的震級(jí)。這個(gè)道理從能量守恒原理上來(lái)看，也非常明顯，正是因?yàn)樗畮?kù)修建后，通?？偰軌?qū)е滦〉卣鸬念l繁出現(xiàn)，因此，勢(shì)必會(huì)減少地震集中釋放時(shí)的能量。