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【转载】三峡观察:水库诱发地震隐忧  

2013-04-21 22:32:29|  分类: 转载 |  标签: |举报 |字号 订阅

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三峡观察:水库诱发地震隐忧 - 图说天下 - 图说天下

水库诱发地震隐忧

作者:刘虹桥 来源:财新《新世纪》 日期:2012年10月

中国西南地区水库兴建后蓄水、放水,使得水库诱发地震的风险在增加


  今年以来,中国西南地区多个大型梯级水电开发项目获国家发改委批复。许多民间组织和个人就此对上述大坝建设计划提出异议,争议的焦点从生态角度转向更为重要的安全性考虑。

7月,加拿大非政府组织“国际探索”发布了《中国西部地震灾害与大坝》。报告称,中国在西部地震高发区建设超过130座梯级大坝,是一项对经济和国民有潜在灾难性后果的“危险尝试”。

报告作者约翰·杰克逊是一位从事地震和断裂带研究40余年的美国地质学家。他实地走访了中国西部河流上已建、在建以及计划建造的130多座大坝坝址,并与地震危险区进行比较研究后指出,选址于地震危险区的大坝数量正在高速增长,公众不得不担忧其带来的潜在地震风险。

上述报告很快引起学界和业界关注。8月24日,中国水利发电工程学会副秘书长张博庭撰文回应称,地震高发区水坝的抗震安全有保障,水库可诱发小地震释放能量,避免大地震发生,且水电站建设有助于当地的抗震减灾。

两方观点针锋相对。

危险尝试

水库诱发的地震,简称为水库地震。学界一般认为,水库蓄水时,导致水库水位变化并形成一定大小的势能差,将水加载、卸载或通过孔隙、裂隙注入地壳岩石之中,改变了岩石应力状态、断裂泥和断裂面的力学性质,导致断层由稳定状态向失稳状态转换,地壳发生脆性变形,引发地震。

目前,全球已有140余座水库发生过水库地震。其中,中国有至少30余座水库报告过水库地震,此外还有几例水库地震案例存在争议。

1962年发生在中国广东新丰江水库大坝左岸河源一带的6.1级地震,被认为是世界上第一例6级以上水库地震,也是迄今中国发生的最大震级的水库地震。

此后五年内,赞比亚卡里巴水库、希腊克里马斯塔水库和印度柯依纳水库相继发生6级以上水库地震。

杰克逊对中国西部的雅鲁藏布江、帕隆藏布江、怒江、澜沧江、雅砻江、大渡河、岷江及黄河上游等地的大坝选址与地震危险区进行比较研究发现: 48.2%的大坝坐落在高至极高的地震灾害危险区,其余有 50.4%在中度地震危险区,仅有 1.4%在地震灾害低危区。

在原本高发的天然地震之外,由季节性水库泄水所引起的水库诱发地震也增加了上述地区地震风险的复杂性。

杰克逊认为,河道径流的季节性变化和水库的季节性出水量涨落,是水库诱发地震的两个前提条件,中国西部上述大坝兼具两条件,其诱发地震的风险不容忽视。

从事水库地震研究近30年的中国地震局地质研究所副研究员马文涛指出,一般而言,水库库容越大,越容易诱发地震,地震等级可能越高,而水库地震的余震很可能持续多年。

这意味着,中国西部即将上马的数十座大型、巨型大坝将可能诱发震级不低的水库地震。

马文涛表示,水库地震的震级一般不高,多为微震或小震,但由于震源浅、震中接近坝区且烈度偏高,其破坏性可能超过同等级别的天然地震。

在山区,由水库地震引发的滚石、滑坡等次生灾害,很可能是致命的。

三峡观察:水库诱发地震隐忧 - 图说天下 - 图说天下

汶川地震诱因争议

水库地震真正令人忧虑的,不仅仅是其自身带来的灾害。约翰·杰克逊在接受财新记者采访时指出,虽然大部分的水库地震的震级都较低,但一次小规模的水库地震可能导致一次更具有破坏力的大型地震。

这一观点在过去四年间被国内外科学家热议,但学界至今尚无定论。各方争论的焦点之一,便是8.0级汶川地震与紫坪铺水库诱发地震的关系。

位于岷江上游的紫坪铺水库属大I型水库,西北库尾至映秀镇下游。2005年9月开始蓄水,水位由760米快速升高,至2005年12月5日已达到836米,此后最高水位为875米。在2008年汶川地震发生前,紫坪铺水库共经历了三次蓄水、两次放水。

2009年1月,美国《科学》杂志发表了一篇题为《四川大地震的人为诱因》的文章,将四川大地震成因归咎于紫坪铺大坝的蓄水。

对此有学者认为,汶川震源深度为14公里,库水无法渗透如此之深以诱发地震;现有的水库地震案例最大震级仅为6.3级,水库无法诱发8.0级地震。

张博庭则援引加拿大蒙特利尔大学工学院嵇少丞教授关于岩层与地震关系 “强岩强震,弱岩弱震,软岩无震” 的说法称,在水库地震的区域内,由于高压水体的浸润,可能会产生强岩变弱,弱岩变软的效果。“所以水库蓄水之后,很可能会有助于减小该地区地震的强度。”

支持紫坪铺水库诱发地震导致汶川8.0级地震的一方,则拿出了论证材料。2008年12月,《地震地质》杂志刊登的一篇来自中国地震局地质研究所、日本产业技术综合研究所和四川省地震局的研究论文称,根据对紫坪铺水库周围的地震活动,以及紫坪铺水库在蓄水过程中对附近主要断层所产生应力的综合分析结果,可初步判定紫坪铺水库在其蓄水过程中对其地下的龙门山中央断层和山前断层作用明显。

文章进一步指出,汶川 8.0级地震是否受到该作用的触发而提前发生,是“一个不应该回避而值得进一步研究的科学问题”。

 2009年4月,四川省地震局高级工程师胡先明等人,基于紫坪铺库区自2004年8月至2007年12月间的262次小震震源机制的研究,认为紫坪铺水库此前诱发的汶川水磨地震群与此后的汶川8.0级地震的震源机制一致。

2011年3月,中国地震局地质研究所副所长徐锡伟等人撰文指出,紫坪铺水库地处高烈度区,在紫坪铺水库蓄水前即存在较为频繁的小震或弱震活动,可能正在进行着孕震过程。而在紫坪铺水库2005年蓄水之后,在一定的水压和水渗透作用下,在距库区十余公里范围内先后发生多处浅层地震群,其地震频次在汶川地震前不断增加。在区域构造应力场的作用下,汶川8级地震的震源机制逐步由以逆冲断层型为主,转变成以走滑型为主。

马文涛也是上述论文的作者之一。面对长久的争论,他依旧认为紫坪铺水库的诱发地震最终触发了8.0级的汶川地震,“这在时空、强度等多方面信息都是吻合的,证据比较充分。”


梯级开发冒险

除水库诱发地震,金沙江、澜沧江、雅砻江、萨尔温江等流域的梯级水库开放方案的天然地震风险也不容忽视。

中国西南地区位处全球板块运动最活跃的喜马拉雅地震带上,地质构造活跃。根据约翰·杰克逊的分析,在中国西部已建、在建以及计划建造的130座大坝中,除两座位于地震灾害低危区,其余均位于中高地震灾害区。在大坝投入运行后的数十年时间里,无法回避遭遇天然地震的风险。

他向财新记者表示,在流域上几个孤立的地区建造为数不多的大坝,可能还是一种可以理解的冒险;而在一条具有如此之高的已知地震风险的河流流域建造十余座梯级开发大坝特别是浅层地震群发区做出如此决策,无疑是一件异常冒险的尝试。

对此,张博庭解释称:“断层是无坚不摧的,所有大坝在设计时都躲开了断层,所以全世界目前还没有发生过由于地震导致水库垮坝的事情。”他认为,在摸清地震分布情况、避开断层的前提下,建筑物只要达到一定抗震设防标准,即可保证建筑安全。

在另一篇文章《民主不能代替科学》中,张博庭写道:“我们解决水库垮坝威胁的方式,不是不建,而是靠科学来增加它的安全可靠性。”不过,马文涛指出,目前被工程界广泛使用的地震烈度区域分布图,乃是基于该地区历史地震和活动断裂情况综合统计得出。由于地震台网精度所限,对活动断裂的监测能力不足,加之许多地区的历史地震情况资料缺乏,很难达到精确评估断裂分布情况和天然地震风险。

约翰·杰克逊则引述了一条地质学常识:断层带可分割为多段,且只存在于地下,仅当断层带引发地震露出地表时,地质学家才可识别这些地表断层。在中国西部活跃的地震带上,新的断层无疑仍在形成之中。

中国地震局地质研究所一位不愿具名的专家评论道:“在梯级开发模式下,上下游水库的库首和库尾都首尾相连了,如何保证所有水库都不穿过断层?即便大坝不穿过断层,水库库区也可能穿过断层,后者同样可能对大坝安全造成隐患。”

约翰·杰克逊在上述报告中描述了一种最坏的后果:在梯级开发的河流上,当上游大坝遭遇灾难性溃坝,位处下游的大坝将可能如多米诺骨牌般崩溃。

决策需三思

在早期,水库等大型工程进行地震危险性评价时,主要针对天然地震对水库工程的影响程度。直到1963年新丰江大坝地震,中国才开始研究水库地震,地震危险性评价才逐步加入水库诱发地震评价与监测。

2004年,中国地震局开始在乌江流域建立中国第一个从全流域考虑的、以监测多个水库地震为主要目标的数字遥测地震台网。同年施行的《地震监测管理条例》也明确规定坝高100米以上、库容5亿立方米以上,且可能诱发5级以上地震的水库,应当建设专用地震监测台网。2007年,全国地震标准化技术委员会发布《水库诱发地震危险性评价》,水库地震评价才有了评价标准。

上述来自中国地震局地质研究所不愿具名的专家仍表示,国内对水库地震的研究才“刚刚起步”,现有研究主要在地震低烈度区,对中高烈度地区尚无较完整的个案研究。

“我们在低烈度区的研究成果到底对中高烈度区的水库地震情况是否适用,现在我们也打个问号。现在高烈度区建设那么多大坝,我们的资料有限,了解的情况也不多,这对我们(研究者)也是一个挑战。”上述专家称。一位熟悉中国地震研究的地质学家称,直至5·12汶川地震发生后,中国西部地区的水库地震才真正被学界所重视。

中国地震局地质研究所构造物理研究室副主任雷兴林更在文章中指出,如果断层的应力状态偏离其临界状态,水库可能直接触发大震。如果水体跨越断层破碎带,孔隙压的扩散将产生更加严重的影响。“尤其是高度100米以上的高坝,更有潜在大地震危险。”

约翰·杰克逊强调,中国西部大坝现有的安全评估都是孤立于其他大坝做出来的,目前尚未完成包含全流域大坝的区域性安全评估。在如此地震多发带建设130多座大坝,无疑增加了发生比汶川地震震级更高的灾难性地震的风险。中国政府需对此种风险进行有效的第三方研究,并决定是否需要对现有的梯级开发方案做出修订。

“如果现有的梯级开发方案付诸现实,则所有计划建设的西部大坝将于30年后完工。在大坝的最高可达150年的使用年限里,中国将被这种具有极高风险性的能源开发方式所带来的地震风险所困扰。

届时,惟一的解决方案或许就是停止使用这些大坝,而中国将为此付出巨大的经济代价。其实,这些代价现在就可以避免。” 他说。

1975年,位于美国加州北部羽毛河上的奥罗威尔水库发生5.7级诱发地震,并引发多场余震。这场地震迫使拟建于其北部80公里的奥本大坝的设计方重新评估大坝的安全性,并对设计方案进行修改。最终,加州政府于1978年放弃建设奥本大坝的决定。

目前,国内水库、大坝等水利项目的抗震安全评估工作主要由中国水利水电科学研究院下设的抗震所承担。

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