5·12大地震与紫坪铺水库有关吗？

作者：嵇少丞（加拿大蒙特利尔大学工学院教授）

源自：南方周末
　　大地震的发生与否，绝不像往骆驼背上加草那么简单。
　　科学家认为，水库的加载或卸载引起的应力变化，不足以触发地下19千米深处的巨震。
　　自今年1月17日《科学》杂志发表了“四川大地震是人类活动触发？”一文之后，西方一些媒体立刻跟进，耸人听闻地报道：“科学家说：大坝制造了杀人地震”、“中美科学家研究表明：造成9万人亡的四川大地震是紫坪铺水库引起的”。
　　《科学》杂志的两位记者（Richard A. Kerr和Richard Stone）采访了四川省区域地质调查大队的总工程师范晓教授和美国哥伦比亚大学临时研究人员Christian Klose博士，将他们两人有关“水库触发地震”的一家之言写进一篇新闻报道里（美国《科学》杂志是世界顶级学术刊物，除了发表学术论文外，也发表科技新闻报道，其新闻报道的科学性有时也不是很严谨──编者注）。然后有西方媒体就把它描述成“科学家说：大坝制造了杀人地震”，俨然世界上的科学家已达成共识。然而，事实远非如此。
　　就拿被《科学》杂志那篇文章引以为据的雷兴林、马胜利、闻学泽等人发表在《地震地质》（2008年第4期，30卷，1046－1064）的论文来说，这些作者并没有成功地证明5·12大地震是由紫坪铺水库造成的。
　　该文的第一作者雷兴林是日本产业技术综合研究所的主任研究员，他利用自己开发的软件，在一系列简单的假说的基础上，计算了紫坪铺水库加载（蓄水）或卸载（放水）过程对地下极浅（例如，7－8千米深）岩石中断层面（假设断层倾角为30－35度，摩擦系数为0.6。在这些假说条件下，断层极易滑动，地震极易产生）上剪应力的影响。例如，假说岩石是开放的多孔介质，各孔彼此相连，岩石的渗透率为一常数，既不随深度的增加而变化，也不在水平方向有变化；地壳内压力梯度忽略不计；岩石在研究的深度范围内是完全线性弹性的（事实上不是这样的）。即使在这些极端理想的情况下，水库加载或卸载对地下4－5千米深度以下地壳中断层面上库仑应力的大小也都没有太大的影响。无论因水库荷重还是水沿断裂带往下渗透，只对近地表几千米厚的岩石中断层活动性有微小的影响，这些都是行内人所公认的常识──水库加载或卸载可以引发库区或周围小范围内断层发生较小的滑移，形成小地震。
　　我认为，雷兴林等人文章的主要科学意义是：水库的载荷与水压的渗透对地下岩石中应力的影响随深度增加而迅速衰减，在近地表几千米的地壳中可能会产生0.1－0.5bar应力的变化，但在深于10千米的地壳中，其影响完全可以忽略不计。5·12大地震的震源深度是19千米。所以，拿雷兴林等人的文章作为“四川大地震是紫坪铺水库造成的”的证据，就如同请皮肤科的大夫医治骨科的病。
　　雷兴林等人认为：如果深100米以上的水体跨越断层破碎带，作用在库底断层破碎带的流体压缓慢地向地下深部扩散。事实上，无论地下岩石联通裂隙中，还是封闭空隙中的流体压远大于库底的水压，库底水不可能向地下岩石或断层岩中渗透很深。更重要的是，5·12大地震震源深度达19千米，位处脆韧性转变带之内。地表水是渗透不到这个深度的。
　　根据岩石流变学理论，脆韧性转变带内的岩石强度最大，可承受巨大的剪应力与积累巨大的弹性应变能，故可形成大震。小于12千米深度是很难形成8.0级特大地震的。
　　如果没有不透水层的话（事实上不可能完全没有），在近地表3－4千米厚的岩层中，地表水可以沿张裂隙往下渗透，使断裂带中的流体压力等于静水压力，流体可以减少断层两壁的摩擦系数，起到一定的润滑作用。此时，渗透水的作用虽然降低了断层滑动的应力阈值，但是同时也减低了地震的强度，由于流体润滑作用的存在，断层面上剪应力不可能积累很高。
　　在水平挤压逆断层作用地区，若水库位于逆冲断裂带上盘，水库蓄水（加载）增加了垂向上的最小主应力，有利于构造稳定性，减少断层或地震活动；水库大量放水（突然降低了垂向上的最小主应力，即增加了构造差应力），反而增加断层或地震活动，当然仅是一些极浅源（<5-6千米）的小地震（<3-4级）。所以，逆冲断裂带上盘建水库可能还有利于维持区域构造的稳定性。
　　5·12大地震的微观震中离紫坪铺库区最近距离也有6千米，而不是位于紫坪铺水库的正下方。5·12大地震的宏观震中位于汶川县漩口镇何家山蔡家杠村附近的一个叫“莲花芯”的山顶。地震时，龙门山中央断裂带中的花岗岩和花岗闪长岩在强烈地逆冲挤压和剪切作用下，瞬间发生无数脆性破裂，约400万立方米的白色岩石干碎屑流，在短短的不到两分钟时间将两千多米长的山谷填平。碎屑流是干的，说明宏观震中断裂带中岩石破裂与水或流体无关。
　　四川省共有大中小型水库6678座。位于岷江上的紫坪铺水库，坝高159米，库容10亿立方米。据说，紫坪铺水库还并不是其中最大的水库。例如，1999年建于雅砻江上的二滩水库，坝高240米，库容58亿立方米；1998年建于白龙江上的宝珠寺水库，坝高132米，库容26亿立方米。这么多水库，迄今也没有任何一个诱发6级以上地震的先例，更何况5·12大地震这样的8级特大地震。
　　雷兴林等人在文章中也不得不承认，世界上许多大型水库，除了在其最初的几个蓄水周期之间引发一些诸如地下溶洞塌陷起因的较小地动或地声之外，并没有诱发值得关注的地震活动。这就好比将小米倒进瓶子里，摇一摇，晃一晃，堆积更紧密了，增加了整体稳定性；然后，再晃，堆积密度就不会再增加。道理是非常直观和浅显的。
　　雷兴林等人很怕引起别人误解，多次强调：“一个地区能否发生地震，关键在于该地区是否存在一定规模的活动断层，且其应力状态是否已接近破坏强度。仅靠水库本身的重量和相应的流体压力是不足以使完整的地壳岩石发生大规模的断裂而产生强震。”但是，雷兴林等人却认为：5·12大地震迟早会发生，只是紫坪铺水库的建设和使用使得地震提前到来几十年。他们之所以这么说，是因为他们过于简单地把地壳中岩石破坏强度看成是一个常数，并且认为地壳中构造应力积累随时间是线性增加的。大地震的发生与否，绝不像往骆驼背上加草那么简单。水库的加载或卸载引起的微小的应力变化，立刻会被库区及其附近小范围内地壳浅部滑动强度很低的节理面和小断层吸收，使浅表岩块间稍有滑动，但绝对不足以触发地下19千米深处的巨震。一个走在大街的男人突然倒地，绝不是因为他今天多长或少长了一根胡须。
　　为了增强“紫坪铺水库导致5·12大地震”之说，Klose声称：“龙门山地区近几百万年内没有发生过重大地震活动”。其实，在龙门山地区，古地震的证据多得很。例如，在汶川县映秀镇地区就可以看到5级阶地，一级阶地是这一次5·12地震形成的，河床抬高了2.2米。二级阶地高3米，三级阶地高7米，四级阶地高25米，五级阶地高7米。五级阶地的形成年龄在52700年左右，累计抬升高度为44.2米。所以，断裂带的平均年垂直滑移速率为0.84毫米。如果每一次8级大地震可以形成2.5米左右的垂直滑移，那么这个地区发生类似5·12大地震的复发周期就是3000年。
　　紫坪铺水库附近岷江也有六级阶地，C14方法测定二级阶地形成于约3000年前，三级阶地的热释光年龄大约为12300年，四级阶地的热释光年龄大约为30800年，五级阶地的热释光年龄大约为52700年，六级阶地的热释光年龄大约为76600年。每次大地震都会造成地面抬升，河流往深切割，形成阶地。所以，近8万年以来，仅在四川汶川－都江堰地区至少发生过6次特大地震。
　　每次地震后，岷江河水将龙门山上滑坡塌方下来的碎石和泥土带到下游的成都平原，形成冲积扇。成都平原上岷江冲积扇的最大厚度达541米，位于郫县、温江一带。该冲积扇的下部为大邑砾石层，中部为雅安砾石层，上部为上更新世至全新统砾石层。大邑砾石层是成都平原上最古老的冲积砾石层，其形成时间约为360万年前，说明360万年前就已经有了高起伏、陡地貌的龙门山脉了。换句话说，龙门山地区360万年以来，一直强震不断，每3－5千年就来一次，每次地震使得龙门山长高2－3米，地震之后风化剥蚀与河流搬运又减少了由地震造成的山脉升高。地震抬升与风化剥蚀两相抵消之后的剩余，就是龙门山地区地表隆升速率，平均每年0.24－0.34毫米。
　　综上所述，汶川特大地震起发于地下约19千米深的脆韧性转变带内，震源处为强岩，剪切与摩擦强度皆大，逆冲断裂面较陡。汶川特大地震的发生是位于青藏高原北部的松潘-甘孜地块沿龙门山中央断裂和前山断裂向四川盆地强烈推覆逆冲的结果，与紫坪铺水库无关。水库的蓄水与放水可以诱发一些极浅源的小震，再大的水库也不能直接导致一个8级特大地震的形成。

一个走在大街的男人突然倒地，绝不是因为他今天多长或少长了一根胡须。

一者倘若再加上一个水库呢，二者共同作用，形成一个一担挑的效应，就不好说了！

二者水库型地震是一个已经被中国学校界证明的地震类型，在二个如此之大的水库的面前，水库型地震是否会有更大的的诱发呢！

在不能排除水库型地震的可能性情况下，强行将地震归结为外力，至少是不那么科学。

紫坪铺水库与北川县城里的前江河形成的水库也许是同一类型：如果8级地震是软大型强子对撞机原理引发的，水库起作类似铅板阻挡强子的散射作用，那么与水库的压力确实是无关关的。其次是，软大型强子对撞机原理引发的地震，还有水与产生强子的含氧物质反应有关。但这一切，又有软大型强子对撞机在水库地段的板块断裂带能否形成的几率有关。所以紫坪铺水库与北川县城里的前江河形成的水库和2008年此地的8级大地震有否联系，是一个复杂的问题，只能存而待论。

科学和伪科学就是如此分别的``

关于紫坪铺水库l水库是否引起5·12大地震报道

2009年1月份，《科学》曾经刊登一篇名为《人类触发了四川大地震吗？》的新闻报道，引起多方关注。5月8日出版的《科学》杂志再次刊登相关报道，由《科学》驻中国记者Richard Stone对四川省地质矿产勘查开发局区域调查队总工程师范晓进行了专访。以下为采访内容：

《科学》：还有什么进一步的证据支持紫坪铺—5·12大地震间的联系？

范晓：根据国务院的要求，水坝若高度超过100米，蓄水能力超过5000万立方米，就必须设立特殊的监测系统来侦测微小震动。紫坪铺拥有这样的系统。水库诱发的地震应该要比自然地震拥有更多的前震。去年秋天，一篇发表在《地震地质》（Geology and Seismology）上的文章报告说，在5·12大地震前，紫坪铺水库周围出现许多小的前震。这种活动性与水库水位的变化相关联。

《科学》：你是指2008年2月份都江堰附近的地震群？

范晓：是的，那是相当惊人的。出现了大约200次小的地震，包括在2月14号晚上出现的5次大于3级的地震。都江堰许多人都跑出了房子。接着在2月末和3月初在都江堰和彭州之间又出现了另一次地震群。所有这些地震发生时，紫坪铺水库的水位都很低。

四川地震局拥有一些数据，能够让我们更仔细地进行分析。去年10月，地震局领导曾许诺公开这些数据，我希望很快能看到。

《科学》：中国西部地震区有许多计划建设或正在建设的水坝，其中是否有你特别担忧的？

范晓：雅砻江锦屏水电站。施工完成后，它将成为世界上最高的水坝之一（305米），它的蓄水能力也将是紫坪铺的4倍。它位于地震多发区（四川西南）。去年，四川地震局发现该水坝的开发者尚未建立要求的监测系统。

《科学》：应该做些什么？

范晓：即使是在高危险区，也不可能推迟或阻止大坝的建造。我们能做的就是提高建筑标准和改进对前震的监测。预警可能会给人们一个逃生的机会。

《科学》：你表达自己的观点是否受到了压力？

范晓：科学问题是开放讨论的。但是水电公司──可以这样说──他们对我不高兴。（科学网 梅进/编译）