也談紫坪鋪大壩與汶川地震的關(guān)系

    前言

    很長時間以來，由于國內(nèi)外反水壩組織的欺騙宣傳，不少公眾對我國西南地區(qū)水電工程的抗震安全性產(chǎn)生了一系列的疑問。近幾年來在各種媒體上，國內(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)查隊總工程師）范曉的這樣一個非常有誘惑力的說法“四川岷江上的紫坪鋪水庫壩高156米，庫容9.63億方，其上游還有一系列的梯級大壩，面對岷江上游曾多次發(fā)生7級以上地震的強震區(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。”。

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

    松潘大地震還要大得多的8級特大地震。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和上游還有一系列的梯級大壩”，全都安然無恙，無一潰壩。紫坪鋪水庫不僅沒有發(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)的搶險救災(zāi)提供了巨大的幫助；不僅如此，水庫的11億庫容，成為目前危機四伏的眾多堰塞湖的最后屏障，保障著整個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”的危言聳聽被鐵的事實所揭穿之后，一貫反對我國水電建設(shè)的極端環(huán)保人士們，為了掩蓋自己長期宣揚的謠言被揭穿的尷尬，馬上又開始轉(zhuǎn)移方向。因而又開始制造輿論說，汶川特大地震，很可能就是由于紫坪鋪水庫引發(fā)的。為了回答這些疑問，本文將結(jié)合以往的一些資料，對水壩建設(shè)與地震災(zāi)害的關(guān)系以及紫坪鋪水庫的具體情況進(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  水庫誘發(fā)地震）

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

    1.地震對大壩的影響

    地震對人類的威脅確實很大。地震對大型水壩的安全性問題一直是水利水電工作者關(guān)注的主要問題之一。工程的抗震能力也是我國水利水電工程中的一個重要分支，我國研究水利水電技術(shù)的專門機構(gòu)——中國水利水電科學(xué)研究院內(nèi)設(shè)有專門的抗震研究中心，在水利水電工程規(guī)劃設(shè)計方面，國家已經(jīng)制訂了一系列的工程抗震設(shè)計規(guī)范，每個工程都必須嚴(yán)格遵守，每個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)于地震對大壩安全性的影響，也不必過分的擔(dān)心。

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

    針對社會各界對我國西南地震高發(fā)地區(qū)的水電開發(fā)表示的擔(dān)心，我國水壩抗震問題專家，中國水利水電科學(xué)研究院抗震研究中心的陳厚群院士在聯(lián)合國水電與可持續(xù)發(fā)展研討會上宣講了他的研究成果。他指出：為在我國西部開發(fā)豐富的水能資源并進(jìn)行脫貧致富，在高地震區(qū)進(jìn)行高壩大庫的建設(shè)是難以避免的。并通過研究試驗得出結(jié)論說：在中國水電的發(fā)展中，對高拱壩的抗震安全，并不存在難以逾越的技術(shù)障礙。實際上，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)雜性上來說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，我國早就從國外引進(jìn)的大型振動試驗臺，目前任何一座重要的大型水電工程，幾乎都經(jīng)過了嚴(yán)格的地震模擬試驗。所以，我國這次汶川發(fā)生的特大地震，沒有一個水壩垮塌。

    就我們現(xiàn)有的工程技術(shù)水準(zhǔn)而言，只要正確的認(rèn)識到了地震的強度和活動規(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題。

    2建壩蓄水對地震的影響

    此外，關(guān)于大壩引發(fā)地震的問題，也是人們關(guān)注的話題之一。我們應(yīng)該承認(rèn)水庫蓄水以后確實會引起一些地震的發(fā)生。水庫誘發(fā)地震也分為兩種情況，一種是在原本沒有地震斷裂帶的地區(qū)，由于水壩的建設(shè)以后形成水庫，水庫蓄水改變了原來的地應(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，不會產(chǎn)生很大的應(yīng)力集中的情況，很難因為水體的重力出現(xiàn)使庫區(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級以下人們難以察覺的微震（國際上也有一種觀點認(rèn)為，這類的地震一般不作為水庫誘發(fā)地震考慮）。

    因水庫蓄水而誘使壩區(qū)、水庫庫盆或近岸范圍內(nèi)發(fā)生的地震，叫做水庫誘發(fā)地震。根據(jù)精確定位的水庫誘發(fā)地震的震中資料證明，震中位置均分布在壩區(qū)、水庫庫盆及近岸地段范圍內(nèi)，距庫邊線一般不超過3～5千米。壩區(qū)和庫盆及其周邊巖體中，有活動性斷裂構(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，水庫蓄水后就會誘發(fā)新的地震。按工程地質(zhì)條件來分類，水庫誘發(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)地震震級很小，不會對大壩和周圍環(huán)境造成危害，因此一般不作過多的研究。

    熔巖塌陷型的地震一般也都不會產(chǎn)生強震，所以，水庫誘發(fā)大地震的主要是斷層破裂型地震。有些水庫蓄水地區(qū)原來就是強地震區(qū)，有明顯的地震斷裂帶存在，地球板塊的緩慢運動使得原有的地應(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)或者說觸發(fā)地震，而不是造成地震。而且，水庫的水體重量本身，也不可能制造出如此之大的能量。

    3、水庫誘發(fā)地震有助于降低地震強度的機理分析[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動。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，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，同時地震產(chǎn)生后的能量也比較低低。所以說決定地震爆發(fā)時能量強弱的關(guān)鍵在于斷層之間的摩擦力。從這一點上看，由于水庫蓄水后將會加大地下滲流，水的侵潤只能使原有的斷層之間摩擦力降低。所以，水庫引發(fā)的地震一般都會起到加快原有地震地區(qū)地震發(fā)生的現(xiàn)象，同時，還有減小原有地震地區(qū)的震級的作用。

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

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

    4、紫坪鋪大壩與汶川地震

    根據(jù)水庫誘發(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和震中位置上都不符合水庫誘發(fā)地震的基本條件。首先汶川地震的震級高，水庫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較遠(yuǎn)。國際上發(fā)生水庫誘發(fā)地震的現(xiàn)象，主要是在水庫庫盤附近。

    再說紫坪鋪水庫相對來說還只是一個較小的水庫，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，既然水庫誘發(fā)地震的機理，是由于水庫的蓄水引起來的，因此，水庫誘發(fā)的地震，一般都應(yīng)該發(fā)生在水庫建成后初期蓄水不長的時間內(nèi)（世界上的普遍情況也確實都是如此）。而且，既然是由于水庫蓄水后增加的壓力變化引發(fā)的地震，所以，水庫誘發(fā)的地震顯然都應(yīng)該發(fā)生在水庫蓄水位較高、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)生在紫坪鋪水庫蓄水的初期（2005年蓄水），也不是發(fā)生在水庫較高水位的情況下（目前正值汛前，正是水庫水位較低的時段）。上述這些情況，都與水庫誘發(fā)地震的機理相矛盾。

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

    其實，我們只要仔細(xì)一分析這種說法，就會發(fā)現(xiàn)它根本就是不成立的。根據(jù)流體的性質(zhì)沒有一個水庫的水體可以獨立的存在于地面上，所有的水庫都必須要有庫岸。而形成庫岸的巖體、山峰的比重，肯定會比水體的比重要高。這些人只注意到了“水頭都超過100米，增加的水壓力超過每平方米100噸。”，但是沒有想到原來水庫周圍山體肯定要高于水庫蓄水的水體，其對地殼的壓力很可能是每平方米超過1000噸。因此，所有的水庫蓄水的結(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蓄水引發(fā)的微小地震，有時也非常容易發(fā)生在水庫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，實際上，這些重量的差異對于地殼來說，幾乎是微不足道的。人們所擔(dān)心的百米水頭，絕對沒有超過我們普通建筑工地的機械打樁對地殼的作用強度，根本就不足為奇。所以，單純水庫蓄水造成的地震，肯定都是非常微弱的。

    還有人用房屋上積雪過多，會突然壓塌房屋比喻水庫誘發(fā)地震。這種說法似乎有一定的道理，不過這種地震的類型應(yīng)該屬于熔巖塌陷型。實踐證明熔巖塌陷型的地震能量極為有限，最多只能產(chǎn)生中強地震，不可能產(chǎn)生強大地震。況且在一般情況下，熔巖空洞很難做到絕對的真空、隔水，水庫蓄水后一般都會滲入溶洞，蓄水的同時也要增加溶洞內(nèi)的水壓力。在這種情況下不管我們在上面增加多少水量，都不會影響溶洞原有的穩(wěn)定。因此在大多數(shù)地區(qū)，即使有大量的地下溶洞存在，通常也不會因為水庫的修建而產(chǎn)生塌陷。

    以上水庫蓄水對地震的影響極為有限的看法，也得到了國內(nèi)外地質(zhì)地震學(xué)者的普遍支持。例如，我國這次汶川大地震發(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，針對有人懷疑說“這次地震是三峽大壩蓄水造成的”回答說：

    “這些說法都是沒有什么科學(xué)根據(jù)的。這次地震與人為因素和環(huán)境因素完全無關(guān)，正像我昨天說的那樣，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動的必然結(jié)果。我這樣來形容一下吧，印度大陸就像一架巨型的推土機，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了，其下地殼的物質(zhì)就被擠向東移，碰到了堅硬的四川盆地地殼，形成了北東走向的龍門山。青藏高原和四川盆地的交接部位——龍門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，也達(dá)不到這種造山運動所能產(chǎn)生的能量。這次汶川7.9級大地震釋放出來的能量相當(dāng)于四、五百顆原子彈同時爆炸，在一分鐘之內(nèi)在地殼巖石中形成一條深10到12公里，長300公里的大破裂。水庫蓄水和地下核爆炸最多也就能誘發(fā)3級以下的地震，而8級地震所產(chǎn)生的能量是3級地震的一千多萬倍。”

    總之，目前世界上有記錄的水庫誘發(fā)地震，最高的也只有6.5級。這也許就是世界上有幾十萬座水壩，至今尚未有一起因為地震造成的垮壩事故的原因。現(xiàn)在，多年的事實使很多學(xué)者逐漸認(rèn)識到，即便是在地震高發(fā)區(qū)修建的水庫也并非就一定是壞事，在很多情況下水庫誘發(fā)地震，有助于地震能量的提前釋放，對于減小地震災(zāi)害的破壞性還有積極的作用。

    遺憾的是我國這次汶川發(fā)生的特大地震，不是由于水庫觸發(fā)的地震。假如，我們早在幾年前真的在震中附近建造了大型水庫，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。或許這次地震發(fā)生的時間就會提前，但震級肯定會有所減輕，損失恐怕也不會像今天這樣慘痛。因為水庫誘發(fā)出來的地震，非但不是水庫制造出來地震，而且還有可能通過提前釋放地震能量，減小原有地震的震級。這個道理從能量守恒原理上來看，也非常明顯，正是因為水庫修建后，通?？偰軌?qū)е滦〉卣鸬念l繁出現(xiàn)，因此，勢必會減少地震集中釋放時的能量。