| 王維洛：不排除紫坪鋪水庫誘發四川汶川大地震 |
| 送交者: 御風行者 2008年05月28日08:48:10 於 [史地人物] 發送悄悄話 |
|
王維洛 不排除紫坪鋪水庫誘發四川汶川大地震
Legget, R.F., Hatheway, A.W.: Geology und Engineering, p. 362 一、地震 詩經．小雅 國語．卷第一
地震是由地球內部的變化引起的地殼的震動。按地震成因可分為火山地震，構造地震，衝擊地震和誘發地震四種。 構造地震是由地殼大斷裂的活動引起的。地球運動對地殼各部份的岩層產生居大的地應力，使一些岩層發生褶皺變形，當這種應力不斷累積，超過岩石的強度時，必然使岩石急速發生破裂錯動，同時迅速地釋放出所積累的能量，並以彈性波的形式引起地殼振動，從而產生地震。這種地震是最常見的。如果引起震源較淺，對地面的影響顯著，往往成為巨大的破壞性地震。從板塊理論上來看，地球表面的板塊劃分和全球地震帶的分布是一致的。在對流發散的海嶺上，地震帶窄，構造簡單，地震都是淺源的，活動的水平較低，地震也較小。在對流匯集的島弧構造地區，地震帶寬，構造複雜，深源地震都發生在這裡，活動水平高，深淺地震都有，地震有時很大。而在大陸上，地震的分布多與活動斷裂有關。活動斷裂帶最突出的部位，往往是震中所在。因為這個部位構造脆弱，應力易於集中。活動構造帶的兩端，常常是震中往返跳動地點，是因為活動構造帶在應力加強時，兩端受力最大，是推動進一步發展的有利部位。兩條斷裂帶交匯處，容易導致應力集中，往往是震中所在地點。 火山地震是由火山活動引起的。火山噴射時引起岩漿和氣體、液體物質的能量活動，形成應力集中和釋放的有利條件，因而產生地面振動。火山地震有時很劇烈，波及的地區主要是火山周圍的數十公里。在中國大陸地區，這種地震少。火山地震主要分布在島弧地區。 衝擊地震是由於物體突然衝擊地面，如洞穴倒塌，礦井倒塌，山體崩落，滑坡等引起的地震，震級小，破壞往往主要由山崩和滑坡等引起。 誘發地震（激發地震）是當某一已外界力量作用到構造應力相對平衡的地區，破壞了原有的相對平衡狀態，發生構造活動，並引起地震，如水庫地震以及深孔注水和人工爆破所引起的地震。本文將主要討論紫坪鋪水庫和四川汶川大地震的關係。 二、水庫誘發地震 莊子：“海水三歲一周流，波相薄則地震。” 在討論水庫誘發地震之前，首先要搞清什麼是水庫誘發地震。水庫誘發地震是指在空間上和時間上，與水庫建造因素及水庫蓄水過程有顯著聯繫的地震。 人類修了數數千年的大壩水庫，水庫誘發地震的問題，直到在本世紀三、四十年代才引起人們的注意。１９３１年，希臘ＭＡＲＡＴＨＯＮ水庫在大壩工程完工後，水庫蓄滿水後一年，該地區發生了地震。ＭＡＲＡＴＨＯＮ水庫所在地區在１９３８又連續發生了震級為５．０級的地震。１９３３年阿爾及利亞的ＱＵＥＤ_ＦＯＤＤＡ水庫地區也發生了誘發地震，但是地震震級不高。希臘ＭＡＲＡＴＨＯＮ水庫和阿爾及利亞的ＱＵＥＤ-ＦＯＤＤＡ水庫地區的地震並沒有引起人們的注意，起碼還沒有把建造水庫和發生地震這兩者聯繫起來． 直到１９３６年美國的ＨＯＯＶＥＲ水庫地區發生地震後，水庫誘發地震的問題才逐漸引起人們的注意。ＨＯＯＶＥＲ水庫壩高為１４２米，水庫容量為３５０億立方米，為當時世界上庫容量最大的水庫，水庫大壩也為當時世界最高。ＨＯＯＶＥＲ水庫從開始蓄水起，在１９３６年到１９３７年期間，人們就記錄到一百多次可感的地震。在１９３９年ＨＯＯＶＥＲ水庫地區發生了震級為５．０級的地震。 從三十年代中到五十年代末，不少人認為ＨＯＯＶＥＲ水庫地區發生地震只是一個孤立的現象，是由當地的條件所決定的，這些現象在其他的一些大水庫並沒有發現．而且認為水庫誘發地震只是一些小的地震。 但是到了六十年代，情況發生了變化．１９６２年中國的新豐江水庫發生了６．１級地震，１９６３年世界上庫容最大的贊比亞和津巴布衛的卡里巴（ＫＡＲＩＢＡ）水庫發生了５．８級地震，１９６３年意大利的ＶＡＩＯＮＴ水庫發生地震，同時發生了山體崩塌和滑坡，死亡約１６００人．１９６６年希臘的ＫＲＥＭＡＳＴＡ水庫發生了６．３級地震，１９６７年印度科依納水庫地區發生至今最嚴重的水庫誘發地震，地震強度為６．５級，死亡約１７７人．１９７２年世界上大壩最高的水庫，蘇聯ＮＵＲＥＫ水庫（壩高三百十七米），發生４．５級地震，當時大壩還沒有完工，但是地震卻一個接一個的不斷發生，１９７５年美國的ＯＲＯＶＩＬＬＥ水庫發生５．８級地震，公眾的憂慮迫使附近正在施工的ＡＵＢＵＲＮ水庫停工，重新論證，修改抗震標準．１９８１年世界上最著名的阿斯旺大壩後的納賽爾水庫發生了５．６級地震．這些地震大多數發生在弱震地區或地質構造穩定的地區，地震強度均超過歷史上所記錄的最大地震強度，這些地震強度足以造成人原傷亡和對建築物，以至對大壩本身的破壞． 水庫誘發地震問題重新引起人們的重視，對ＨＯＯＶＥＲ水庫地區發生地震的觀測和記錄，被認為是第一個對水庫誘發地震的觀測和記錄。１９７０年，聯合國科教文組織成立了水庫誘發地震問題研究的專家組，至今為至，人們已經將百餘次水庫誘發地震記錄在案，其中震級在五級以上的有十次之多。根據國內外已經發生的實例，證明水庫誘發地震，可以在原來被認為是無地震地區或穩定地區發生，誘發地震的震級也可能超過原構造地震的震級。 三、水庫誘發地震有關的因素 3．1水和地震 如果岩石中沒有水，也就沒有結構地震。為此有許多原因。從理論上看，如果五公里深處的岩層，由於上層岩石的重力所產生壓力，人們也許得到一個值，在這個值時，花崗岩石還能承受此壓力，不至於發生破碎。隨着深度的加大，溫度加高，壓力加大，岩石不是破碎而產生地震，而是發生狀態變化-融化，因為水淨壓力已經超過了岩石的固態的壓力。同樣在實驗室中作岩石剪切試驗，取一塊堅硬的岩石，施加相應的壓力和溫度，岩石不是成為碎片，而是成為流動狀。這樣看來，在溫度加高，壓力加大的情況下，岩石影發生融化，而非破碎，這樣就不會產生地震。但是事實上卻存在着地震，這似乎自相矛盾。地質學家認為，當在溫度加高，壓力加大，但還未超過了岩石的固態壓力，由於水進入岩石的裂隙和裂縫中，水在滑動面上的潤滑作用，而使得岩石突然滑動，發生形變和地震，將應力釋放出來。這就說明，為什麼在地球內部的深處會發生斷裂。 丹佛地震 １９６２年在丹佛ＣＯＬＯＲＡＤＯ發生了一系列地震．儘管這個地區在歷史上發生過多次地震，如在１８８２年發生了地震烈度為七度的地震，之後也有一些地區性的地震，但是總的來說，自然地震的強度都比較小。但是這種情況在１９６２年四月之後就發生了變化。從那時到１９６３年九月，地震記錄儀記錄了７００余次地震。地震震級在０，７到４，３之間。 地震學者注意到，絕大多數地震是在丹佛東北的ROCK山方圓九公里的範圍內發生。這裡是美國軍隊武器生產的基地，在生產過程中排出許多廢水。這些廢水原是來存蓄在地表的一個小池塘里，任其蒸發。為了減小廢水對環境的可見污染，自１９６１年起，採用廢水深井回灌技術，利用高壓泵把廢水灌回２３７０米的深井中。在１９６３年三月到１９６４年九月這一設施被擱置一年沒用，從１９６４年九月到１９６５年九月再次利用高壓泵把廢水壓到深井。緊接着在丹佛地區就發生了地震。居民們推測，這些地震和廢水深井回灌有聯繫，並控告到法院。最後只好防棄這種處理廢水的方法。 地震學者經對該事件的研究發現，在廢水注入量和地震次數之間確實存在很強的相關關係。在１９６４年初發生了一連串的地震後，在１９６４年地震次數大為減少。接着在１９６５年又發生了一系列大地震，並達到了最大值。這與廢水排入量的增加和壓力的加大有關。有兩個原因可以解釋這種現象。第一，在深井中加大水壓，迫使地下水進入地下已經存在的裂縫和裂隙中。這增加了的水壓減小了岩石的抗剪能力。第二，岩石的破壞，有利於水流沿着微裂隙流動，而水又產生潤滑作用。在這兩種情況下，經過長期形成的地殼構造，就要發生形變。而這形變的應力只有通過一系列的滑動和地震放出來。正是增加了的水壓促使結構應力的釋放了。丹佛地震的研究，證實了一些地震學者對水在水庫誘發地震中的作用。 ＲＡＮＧＥＬＹ的人工地震試驗 丹佛地區地震的成因是偶然被人所發現，但是研究的結果給人很大的啟示。在這之後，地震學者就在許多不同條件下，進行的野外實地試驗。１９６９年美國地質工作者在ＣＯＬＯＲＡＤＯ西部的ＲＡＮＧＥＬＹ油田進行了試驗。油田有許多廢棄的鑽井可供試驗。人們可以把水注入深井，也可以把水從深井抽出來，可以改變水壓，同時測量岩石中的水壓的變化。再在周圍地區安裝專門的地震測試系統，監測當地的地震活動。測試的結果表明，在注入水的壓力與地震活動之間存在十分密切的相關關係。只要水壓達到一個門檻值，地震活動就增加。如果抽水，岩石中的水壓力減低，地震活動就減少。可見，水壓力的變化，影響地殼中已存在結構應力場，只要水壓達大一定的數值，就會誘發地震。 總之，丹佛地震和ＲＡＮＧＥＬＹ的調查和試驗表明，水在地殼中對引起突然斷裂過程中的重要作用。 3.2水庫誘發地震與水庫壩高/蓄水的高度的關係 洛特（ＲＯＴＨＥ，１９７０，１９７３）對水庫誘發地震與水庫的大壩高度及總蓄水量之間關係進行了定量的相關分析，結論是１．水庫的蓄水的高度(大壩高度)與誘發地震線性相關，蓄水高度越高，發生地震的強度就越大；２．誘發地震與水庫的總蓄水量之間關係不顯線性相關。 修建高壩水庫，引發地震的可能性是很大的。正如ＳＩＭＰＳＯＮ所說的那樣，“因為到目前為止，還沒有可實用的判斷水庫誘發地震風險的指標，所以，所有的“大型水庫”在某種程度上可以被認為，存在水庫誘發地震的可能．” 一個明顯的例子是原蘇聯的，人們在那裡建造了一座世界上最高的水庫大壩（３１７米）。１９７２年，這座水壩還沒有造成，一個接一個的地震不斷發生在其周圍。
古普拓（ＧＵＰＴＡ）和拉思圖基（ＲＡＳＴＯＧＩ）在研究了ＫＯＹＮＡ水庫的地震後指出，當水庫的蓄水位越高，水庫的蓄水速度越快，誘發地震的強度越高；反之，當水庫的蓄水速度越慢，水庫的蓄水位越低，誘發地震的強度越低。水庫的蓄水位曲線與誘發地震強度曲線存在一個時間差。許多水庫誘發地震的實例證實了古普拓和拉思圖基的結論（如蘇聯的ＮＵＲＥＫ水庫，贊比亞的ＫＡＲＩＢＡ水庫，希臘的ＫＲＥＭＡＳＴＡ水庫，加拿大的ＭＡＮＩＣ-３水庫），但也有一些例外。 原來以為水庫只有在蓄水時或在滿水後不久，才發生水庫誘發地震。現在發現水庫在把水放空之後，再次蓄水時也會發生地震。法國ＶＯＧＬＡＮＳ水庫壩高１１０米，蓄水量為６．０５億立方米，水庫在１９６８年開始蓄水，１９６９年１１月蓄滿水。從１９７０年１１月到１９７１年３月，把水庫中部份水排放掉，之後又很快地蓄水，在１９７１年６月又將水蓄滿，就在水蓄滿後，也就是在６月２１日，發生了震級為４．５級的地震。在６月２１日到７月２日，共發生了２０余次地震。震中在水庫東南５公里的地方。在這個地區，過去也沒有地震活動的記載。(Goldsmith, 112-113) 同樣的情形也發生在科西嘉的ＡＬＥＮＳＡＮＩ水庫，ＡＬＥＮＳＡＮＩ水庫壩高６０米，蓄水量為一千一百萬立方米。水庫在１９７１年完工，當年的九月二十九日，發生了震級為２．９級的地震。六年半後，在１９７８年４月，又發生了水庫誘發地震，地震活動到１９８０年年底還未停止。１９７８年發生的主震，比１９７１年要強烈，主震之後發生了１５０次餘震。在１９７８年的地震之前，ＡＬＥＮＳＡＮＩ水庫的蓄水曾被全部放完，幾個月中水庫沒有水，然後，水庫又很快被蓄滿水。蓄滿水之後就發生了地震。這說明，壩高低於１００米的水庫也有可能發生水庫誘發地震，如希臘的ＭＡＲＡＴＨＯＮ水庫，原南斯拉夫的ＢＡＪＩＮＡ水庫，美國的ＣＬＡＲＫ-ＨＩＬＬ水庫，法國的ＧＲＡＮＤＶＡ水庫。 還有現象證明，在水庫水位降低時也會發生地震。特別在很快地降低水庫的水位時，誘發地震的可能性就增加。 在美國ＯＲＯＶＩＬＬＥ水庫和ＭＯＮＯ水庫的誘發地震中觀測到，水庫誘發地震活動與降低水庫水位有關。ＯＲＯＶＩＬＬＥ水庫在１９７５年發生地震之後，在方圓二十公里的範圍內，就出現了有規律性的地震活動。當冬季和春季水庫蓄水時，地震活動減少，而在夏季和秋季時，地震活動增加。十分有意思的是，１９７５年的主震就發生在夏季。科學家認為，快速降低水位也會引起應力場的不穩定，從而引起地震。ＭＯＮＯ水庫的誘發地震，一般地震震級在４級以下，主要發生在夏季和秋季，與ＯＲＯＶＩＬＬＥ水庫的誘發地震現象十分相象。科學家還觀測到，水庫誘發地震活動與降低水位的速度有關，降低水位的速度慢，地震活動就弱，相反，降低水位的速度快，地震活動就強。１９８０年下半年，在ＭＯＮＯ水庫東邊數公里的地方，發生震級約為五級的地震，但是這次地震是否是水庫誘發地震，還不能肯定。 3.4水庫誘發地震與其他因素的關係 在瑞士的阿爾比斯山的ＬＩＶＩＧＮＯ水庫也觀察到水庫誘發地震，水庫大壩高１３０米，弧形壩長５４０米，建造在三迭紀的白雲岩上。根據建造前的研究，儘管與構造所決定的岩石裂隙發育，但從整體上來看還是堅實的。在蓄滿水後，工作人員在寒冷天氣的時候，聽到闢辟啪啪的響聲，同時一根支柱的表層出現了新的裂縫。緊接着在１９７９年初，用一個可移動的地震觀察站對地震活動進行了３６天的觀測，在這期間記錄了１８０次地震活動。根據觀測得到的數據分析，地震活動不僅與水庫的蓄水速度有關，而且同時與空氣的溫度有關。最強的地震活動總是在氣溫低於零下１０度和水位每天下降超過１０厘米時發生。根據Ｎ．ＤＥＩＣＨＭＡＮＮ和Ｄ．ＭＡＹＥＲ-ＲＯＳＡ的看法，其原因是水在岩石表面的裂縫中結冰而發生爆裂。 四、水庫誘發地震面臨的新課題 NED ROZELL, University of Alaska Fairbanks, Geophysical Institute No one knows how local seisnmic faults will react to the incredible mass of water behind Three Gorges Dam. Like heavy snow on an overloaded roof, the weight of water blocked by dams can cause existing cracks in Earth's crust to slip, resulting in earthquake. Faults tend to slip more ofen when a nearby giant reservoir is filled with water. 由於西方工業國家在二十世紀後期看到了大型和巨大型水庫大壩工程帶來的生態環境和社會負面影響，停止建設大型和巨大型水庫大壩工程，所以對於水庫誘發地震的認識至今停留在二十世紀七十年代的水平，比如認為水庫誘發地震的強度不會超過6.5級(ＫＯＹＮＡ水庫誘發地震). 從1992年中共政府批准建設長江三峽大壩工程後，中國又上馬建設了許多大壩工程，包括紫坪鋪水庫大壩工程，世界的水庫大壩工程集中在中國，為中國的GDP的高速增長做出重要貢獻。 過去，世界各國建設水庫大壩工程，都是儘量避免在地質條件複雜的地區建設，不會建造在會發生強烈地震的斷裂帶上。無論是ＨＯＯＶＥＲ水庫大壩還是新豐江水庫大壩還是ＫＯＹＮＡ水庫大壩，都是弱震地區，建設之前的地質調查，也沒有發行活動斷裂帶(在地震後均發現斷裂帶)。而三峽水庫則有幾條斷裂帶橫貫水庫底，在大壩不遠處有幾條斷裂帶成K字形交匯。紫坪鋪水庫更是直接建造在有可能發生強烈地震的龍門山斷裂帶之上。在這樣的情形下，從過去水庫誘發地震案例中獲得的經驗、知識是否還適用？ 美國阿拉斯加大學地球物理研究所的勞策爾在“巨大的大壩工程可能引起地層活動”一文中寫道：沒有人知道，當地的地震斷裂帶在三峽大壩後面巨大水體作用下會如何反應。象在一座已經超載的屋頂上又加上了一層厚厚的雪，被大壩阻擋的水的重量可以引起地殼中的已經存在的斷裂開始滑動，導致地震。如果附近的大水庫裝滿了水，斷裂就會更頻繁地傾向滑動。 水庫直接建造在有可能發生強烈地震的斷裂帶之上，由於水庫蓄水和水庫水位的變化，使得斷裂更頻繁地傾向滑動，導致地震，此時的地震震級還不超過6.5級嗎?科學家目前還沒有給出回答。 四、不排除紫坪鋪水庫誘發四川汶川大地震 紫坪鋪大壩工程是中共政府實施“開發大西北計劃”後的第一個大型水電開發項目，也是周永康擔任四川省領導人時堅決支持上馬的項目。2001年 3月紫坪鋪水庫大壩工程開工建設。2005年9月紫坪鋪水庫開水蓄水，當年11月兩台水輪發電機組開始發電。2006年5月，紫坪鋪水庫大壩工程的四台水輪發電機組全部投入生產，當年10月，水庫按照計劃蓄滿水。根據官方報導，紫坪鋪水庫大壩工程一共耗資72億人民幣。 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100米，增加的水壓力超過每平方米100噸。根據前面的分析，水庫蓄水越高，誘發地震的可能越大，地震震級越高。紫坪鋪水庫誘發地震的可能性絕對不會亞於三峽水庫。 紫坪鋪大壩工程的防震設計和三峽大壩一樣，都是按照地震烈度IIV度設計的。對於地質條件的評價也是同出一輒：工程區40公里範圍內，歷史上未見有強震發生等等。 紫坪鋪水庫緊鄰此次地震中心汶川映秀鎮，是損失最為嚴重的地區。另外一個損失最為嚴重的地區是北川。這兩地正好是北川-汶川斷裂的南北兩端。紫坪鋪水庫正好位於北川-汶川斷裂的南端。前面已經談到，活動構造帶的兩端，常常是震中往返跳動地點，是因為活動構造帶在應力加強時，兩端受力最大，是推動進一步發展的有利部位。兩條斷裂帶交匯處，容易導致應力集中，往往是震中所在地點。水在紫坪鋪水庫蓄水的高壓之下，更加容易進入水庫底部岩層，引起地殼中的已經存在的斷裂的滑動，從而發生地震。 一般說，水庫誘發地震震源淺，震源深度在十公里以內；而構造地震則比較深，構造地震震源深度在十公里以內的比較少。此次四川汶川大地震，中國地震局先是報震源深度29公里，後把震源深度修改為8-10公里。這個震源深度是水庫誘發地震經常發生的深度。2007年 2月12日也就是在汶川發生一次震級為3.2級的地震，震源深度深度8公里，和此次汶川地震的震中完全吻合。2007年2月12日地震是此次地震之前，紫坪鋪水庫蓄水後記錄到的在水庫影響地區的最大地震，應該是水庫誘發地震。 另外根據災民的報導，地震發生時，紫坪鋪水壩上游的水庫水位急劇上升，一度成為“汪洋大海”。可見紫坪鋪水庫底部的斷裂有大量能量釋放出來。 可以將勞策爾的結論略加修改：沒有人知道，龍門山斷裂帶在紫坪鋪大壩後面巨大水體作用下會如何反應。象在一座已經超載的屋頂上又加上了一層厚厚的雪，被大壩阻擋的水的重量可以引起地殼中的已經存在的斷裂開始滑動，導致地震。所以不能排除紫坪鋪水庫誘發四川汶川大地震。 責任編輯：鄭浩中 來源：觀察 |
|
|
|
|
 |
 |
| 實用資訊 | |
