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陈颙:汶川地震是由水库蓄水引起的吗?
来源: | 作者: | 人气: | 发布时间:2020-10-25
摘要:

【转这篇,是因为引了我发在《新语丝》上面的网文,很新奇:-)

此文原载于《中国科学D辑:地球科学》2009年第39卷第3期257-259页“特约评论”栏目。以前不知道《中国科学》还有这样一个栏目,显然是针对热点话题。看来《科学》杂志炒作紫坪铺水库诱发地震,正好撞到了地质研究者的枪口上。

陈颙院士说的“汶川地震是断层逆冲运动造成的,迄今尚未发现过逆冲型的水库地震”,确实是很重要的证据。这也是地质工作者感觉所在(水电部门的专家李敏等人的文章里面没有提到这一点)。为什么没有逆冲型的水库地震,原因有二:1、深部变为挤压应力场,水库自重对应力的影响随深度衰减更快;2、挤压条件下地下的张裂隙更不发育、并且流体压力高于静水压力,决定了水库蓄水不会影响深处流体压力。我此前多次网文里面、和别人讨论的时候多次提到龙门山地区这个挤压背景的问题。陈院士的实例把这个说透了。另外,印度Koyna水库的构造地质背景一直没兴趣去查,现在才知道,原来那个水库地震是走滑型的。】

《科学》(Science)杂志2009年1月16日的“本周新闻”发表了一篇报道,题目是“四川大地震的人为诱因?”,文中介绍了“紫坪铺水库可能诱发了四川汶川地震”的说法[1]。在汶川地震发生半年之后,类似的报道(如英国Telegraph网站[2]、美国的纽约时报[3]等)在国外突然多了起来。

紫坪铺水库是四川岷江上的一座大型水利枢纽,位于都江堰上游约6km处,距成都市约60km;2001年3月正式开工,2005年9月下闸蓄水,2006年全部建成。紫坪铺水库总库容11.12亿立方米,混凝土面板堆石坝最大坝高156m,为国内仅有的几座同类型高坝之一。紫坪铺水库距2008年5月12日汶川8级大地震震中的距离大约十几公里,汶川地震是不是由紫坪铺水库的蓄水引起的?

由于水库蓄水而引发的库区附近地震活动性(地震的次数和地震的震级)的明显增高,称为水库诱发地震,或简称水库地震。水库诱发地震研究最早始于1931年的希腊马拉松水库。从那时起,人们就意识到,人类工程活动如注水和修建水库等均可诱发地震。水库蓄水诱发的地震多为中小地震,对水库不会产生大的破坏。在全球约有18座水库诱发产生破坏性的水库地震,诱发地震的最大震级为6.4。

通过对国内外100多起水库诱发地震的统计和归纳,水库诱发地震大致有以下5个特点:

(1)水库地震的震中仅分布在水库及其周围,一般位于水库及其附近5km范围内,震源深度大多在5km内,少有超过10km。汶川地震,无论是地震破裂的起始点(微观震中)还是地震破裂延伸方向的距离远远大于5km。紫坪铺水库位于地震活动性很高的地区。在未建水库前,从历史记录来看,附近至少发生过5次较大的地震:1657年汶川6级地震,距坝30km;1748年汶川5级地震,距坝30km;1787年12月灌县4级地震,距坝5km;1970年2月大邑西6.2级地震,距坝55km;1970年3月芦山长石坝4.7级地震,距坝51km。为了监测水库建设过程的地震活动情况,蓄水前,四川省地震局建设的紫坪铺水库数字遥测地震台网于2004年8月16日正式采集地震信息,2005年6月27日通过验收,正式工作[4]。从四川省地震局水库地震研究所统计的紫坪铺库区多年地震活动性的资料可以看到,紫坪铺水库蓄水以后,水位虽有变化,但是频度和震级都没有显著的变化。所以从蓄水前后地震监测资料的对比来分析,从2005年10月1日下闸蓄水到2008年4月的2年7个月时间内,紫坪铺水库的库盆和临近地区的地震活动,其发生的地域、地震的频度以及强度都处在本地区多年地震活动正常的变动范围以内。在紫坪铺水库蓄水后并没有监测到水库及其附近地区地震活动性明显增强的现象。

(2)水库诱发地震震级一般较小。目前世界上已记录到的最大的水库诱发地震为6.4级,于1967年12月发生在印度Koyna水库。它发生于比较稳定的德干高原地区内。主震的震中位置在大坝南3km。Koyna水库坝高103m,1962年开始蓄水,以后3年内发生了约450次地震。从全球来看,绝大多数水库诱发地震的震级小于里氏5级,属于弱震或微震,约占水库诱发地震总数的80%以上。而5.0~5.9级的中等强度地震10例,6.0~6.4级强度地震仅4例,分别是印度Koyna水库6.4级,希腊Kremasta水库6.2级,中国新丰江水库6.1级,赞比亚与津巴布韦交界处的Kariba水库6.1级(表1)。汶川地震的震级为8.0,该地震释放的能量比历史上最大的水库地震的能量大200多倍。

(3)水库诱发地震比例较小。全世界已建大中型水库约有1万多座。但已诱发水库地震的仅101座[6],它们仅占世界大坝会议已登记的1万多座大、中型水库总数的1%左右。

(4)水库地震具有前震-主震-余震的系列特征。水库地震一般发生于水库蓄水之初,出现一些小地震(前震),以后逐渐增多,强度加大,最大地震(主震)出现在蓄水首次达最高水位时间附近(从表1可以清楚地看到这个特征),然后再逐渐减弱(余震)。所有的水库地震都具有这种前震-主震-余震特征,目前尚未发现例外。与此相反,天然地震(此处指与蓄水无关的构造地震)绝大部分不具备前震-主震-余震序列特征,全球地震统计表明,具有前震的大地震占大地震总数的比例不到10%[7]。2008年汶川大地震既不是发生在紫坪铺水库蓄水的初期(2005年蓄水),也不是发生在水库较高水位的情况下(目前正值汛前,正是水库水位较低的时段)。尤其重要的是,汶川地震没有前震,不属于前震-主震-余震的系列。

汶川地震与过去发生的水库地震,从现象学的对比,有明显的不同。汶川大地震从震级大小、地震位置分布和地震序列等方面上都不符合水库诱发地震的基本特点。

表1世界一些主要的水库诱发地震表[4,5]

(表略)

(5)汶川地震是断层逆冲运动造成的,迄今尚未发现过逆冲型的水库地震。

上面从大多数水库地震的特点,从现象学的角度,与汶川地震进行了对比。下面再从“蓄水”和“地震”两者关系进行力学分析。

地震是断层的突然运动造成的。一般来说,断层面都是倾斜的,倾斜断层面上面的岩体叫做断层的上盘,下面的则叫做下盘。地震时,断层面的运动大致有三种情况:上盘与下盘发生相对水平运动,这种断层称为走向滑动断层;上盘向上、下盘向下运动,这种断层称为逆断层或逆冲断层;上盘向下、下盘向上,这种断层称为正断层。

水库蓄水作为施加在地面的载荷,在地下深处将会出现附加水平方向的拉力,这个附加的拉力有助于走向滑动断层和正断层的运动,所以水库诱发地震多是走向滑动或是正断层型的。汶川地震断层面的运动属于逆冲断层,只有在地下强大的水平方向压力(而非拉力)作用下,才能出现上盘向上、下盘向下的逆冲断层型的断层运动[8]。逆冲型的断层在海洋的俯冲带很多,但在大陆极为少见。发生在大陆地区的汶川地震具有和海洋俯冲带地震一样的逆冲特点,这是汶川地震和绝大多数大陆地震不同的地方,也是研究汶川地震对于理解大陆动力学的重要意义[9]。

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