前言

    很長(cháng)時(shí)間以來(lái)，由于國內外反水壩組織的欺騙宣傳，不少公眾對我國西南地區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，國內的反壩組織和人士們，總是不厭其煩的重復（四川省地礦局區域地質(zhì)調查隊總工程師）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和大規模山崩堵江潰壩的歷史背景，一旦類(lèi)似疊溪、松潘大地震的事件重演，后果將不堪設想。”。

    對于這種危言聳聽(tīng)的欺騙說(shuō)法，我們專(zhuān)業(yè)人員雖然已經(jīng)多次專(zhuān)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)踐是檢驗真理的最好標準。2008年5月12日，就在距離紫坪鋪水庫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反復警告的“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(wú)恙，無(wú)一潰壩。紫坪鋪水庫不僅沒(méi)有發(fā)生任何“不堪設想的后果”。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，為地震后道路的嚴重塌方和空中氣候受阻的救災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發(fā)電，為災區的搶險救災提供了巨大的幫助；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(zhù)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)地區不能建設水電站”的危言聳聽(tīng)被鐵的事實(shí)所揭穿之后，一貫反對我國水電建設的極端環(huán)保人士們，為了掩蓋自己長(cháng)期宣揚的謠言被揭穿的尷尬，馬上又開(kāi)始轉移方向。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引發(fā)的。為了回答這些疑問(wèn)，本文將結合以往的一些資料，對水壩建設與地震災害的關(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(wèn)題，可以分為兩個(gè)方面考慮：一是地震對大壩安全性的影響，另一個(gè)是大壩建成蓄水以后誘發(fā)地震的問(wèn)題。

    1.地震對大壩的影響

    地震對人類(lèi)的威脅確實(shí)很大。地震對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水利水電工程中的一個(gè)重要分支，我國研究水利水電技術(shù)的專(zhuān)門(mén)機構——中國水利水電科學(xué)研究院內設有專(zhuān)門(mén)的抗震研究中心，在水利水電工程規劃設計方面，國家已經(jīng)制訂了一系列的工程抗震設計規范，每個(gè)工程都必須嚴格遵守，每個(gè)工程的修建都必須達到這方面的技術(shù)標準。然而，我們關(guān)于地震對大壩安全性的影響，也不必過(guò)分的擔心。

    就人類(lèi)現有對地震的研究水平來(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，讓準備修建的壩址避開(kāi)強烈的地震的斷裂帶。同時(shí)，通過(guò)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(huì )各界對我國西南地震高發(fā)地區的水電開(kāi)發(fā)表示的擔心，我國水壩抗震問(wèn)題專(zhuān)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)合國水電與可持續發(fā)展研討會(huì )上宣講了他的研究成果。他指出：為在我國西部開(kāi)發(fā)豐富的水能資源并進(jìn)行脫貧致富，在高地震區進(jìn)行高壩大庫的建設是難以避免的。并通過(guò)研究試驗得出結論說(shuō)：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(shí)際上，這一結論公眾也應該非常容易理解?，F代人類(lèi)在城市中建筑的很多高樓大廈，從結構復雜性上來(lái)說(shuō)要比水壩的抗震難度大的多。

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

    就我們現有的工程技術(shù)水準而言，只要正確的認識到了地震的強度和活動(dòng)規律，人們完全可以采用相應技術(shù)手段解決水壩的抗震問(wèn)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(wèn)題，也是人們關(guān)注的話(huà)題之一。我們應該承認水庫蓄水以后確實(shí)會(huì )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(méi)有地震斷裂帶的地區，由于水壩的建設以后形成水庫，水庫蓄水改變了原來(lái)的地應力分布，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(huì )產(chǎn)生很大的應力集中的情況，很難因為水體的重力出現使庫區的地下巖層發(fā)生大規模斷裂的地震現象。所以，僅僅由水庫蓄水引發(fā)的地應力改變所產(chǎn)生的地震，一般都非常微弱，大多數都是3級以下人們難以察覺(jué)的微震（國際上也有一種觀(guān)點(diǎn)認為，這類(lèi)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、水庫庫盆或近岸范圍內發(fā)生的地震，叫做水庫誘發(fā)地震。根據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、水庫庫盆及近岸地段范圍內，距庫邊線(xiàn)一般不超過(guò)3～5千米。壩區和庫盆及其周邊巖體中，有活動(dòng)性斷裂構造或者現代巖溶作用發(fā)育，斷裂帶或巖溶管道系統與庫水有直接的水力聯(lián)系，蓄水前有可靠的歷史和現代地震記載，水庫蓄水后就會(huì )誘發(fā)新的地震。按工程地質(zhì)條件來(lái)分類(lèi)，水庫誘發(fā)地震具有不同的成因類(lèi)型，主要有巖溶塌陷型和斷層破裂型。其他類(lèi)型的誘發(fā)地震震級很小，不會(huì )對大壩和周?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。有些水庫蓄水地區原來(lái)就是強地震區，有明顯的地震斷裂帶存在，地球板塊的緩慢運動(dòng)使得原有的地應力積累就已經(jīng)孕育著(zhù)地震。在這種情況下由于水庫蓄水打破了原有的平衡，導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)生主要在于地應力的積累、變化使斷層產(chǎn)生了突然的破裂或者錯動(dòng)。而斷層地震的發(fā)生條件就在于不同方向的地應力的合力克服了斷層之間的摩擦力。當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，由于水庫蓄水后將會(huì )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(huì )起到加快原有地震地區地震發(fā)生的現象，同時(shí)，還有減小原有地震地區的震級的作用。

    顯然，這種蓄水導致提前發(fā)生的地震，只是把原來(lái)該地區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(huì )比原來(lái)自然發(fā)生的地震震級低、破壞性減小。根據各國的實(shí)際觀(guān)測的情況也是如此，很多水庫建成以后都會(huì )引發(fā)地震，但是這些地震往往都是震級很小，次數頻繁。根據世界各國的記載并得到國內外地震、地質(zhì)專(zhuān)家普遍承認的水庫誘發(fā)地震約70~80起。絕大多數水庫誘發(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(gè)是我國的新豐江水庫（6.1級），一個(gè)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(shuō)，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(shí)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(gè)新高度。

    4、紫坪鋪大壩與汶川地震

    根據水庫誘發(fā)地震的分類(lèi)和定義，我們可以發(fā)現，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。國際上發(fā)生水庫誘發(fā)地震的現象，主要是在水庫庫盤(pán)附近。

    再說(shuō)紫坪鋪水庫相對來(lái)說(shuō)還只是一個(gè)較小的水庫，其有限的水體影響，一般不應該引起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(lái)的，因此，水庫誘發(fā)的地震，一般都應該發(fā)生在水庫建成后初期蓄水不長(cháng)的時(shí)間內（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(shí)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(huì )上也有一種比較有欺騙性的說(shuō)法認為“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量級的，都超過(guò)100米，增加的水壓力超過(guò)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(huì )亞于三峽水庫。”。

    其實(shí)，我們只要仔細一分析這種說(shuō)法，就會(huì )發(fā)現它根本就是不成立的。根據流體的性質(zhì)沒(méi)有一個(gè)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(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)水庫周?chē)襟w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(guò)1000噸。因此，所有的水庫蓄水的結果，都必然是消除原有的地球地殼受力不均，減小應力集中的好現象。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(shí)也非常容易發(fā)生在水庫水位突然降低之后的根本原因?？傊?，地球表面的受力不均是自然界普遍存在的客觀(guān)現象，實(shí)際上，這些重量的差異對于地殼來(lái)說(shuō)，幾乎是微不足道的。人們所擔心的百米水頭，絕對沒(méi)有超過(guò)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(guò)多，會(huì )突然壓塌房屋比喻水庫誘發(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(lèi)型應該屬于熔巖塌陷型。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(huì )滲入溶洞，蓄水的同時(shí)也要增加溶洞內的水壓力。在這種情況下不管我們在上面增加多少水量，都不會(huì )影響溶洞原有的穩定。因此在大多數地區，即使有大量的地下溶洞存在，通常也不會(huì )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(zhù)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(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動(dòng)的必然結果。我這樣來(lái)形容一下吧，印度大陸就像一架巨型的推土機，往北使勁地推，推起了青藏高原，當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。任何人為破壞因素和環(huán)境變化因素全加起來(lái)，也達不到這種造山運動(dòng)所能產(chǎn)生的能量。這次汶川7.9級大地震釋放出來(lái)的能量相當于四、五百顆原子彈同時(shí)爆炸，在一分鐘之內在地殼巖石中形成一條深10到12公里，長(cháng)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(wàn)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(wàn)座水壩，至今尚未有一起因為地震造成的垮壩事故的原因?，F在，多年的事實(shí)使很多學(xué)者逐漸認識到，即便是在地震高發(fā)區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?；蛟S這次地震發(fā)生的時(shí)間就會(huì )提前，但震級肯定會(huì )有所減輕，損失恐怕也不會(huì )像今天這樣慘痛。因為水庫誘發(fā)出來(lái)的地震，非但不是水庫制造出來(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。這個(gè)道理從能量守恒原理上來(lái)看，也非常明顯，正是因為水庫修建后，通?？偰軌驅е滦〉卣鸬念l繁出現，因此，勢必會(huì )減少地震集中釋放時(shí)的能量。