破解“汶川大地震地下的奥秘”

共9008字

无论是理论研究还是实际观测都说明:在原来没有构造地震的区域内,水库蓄水后诱发的地震仅仅是地应力的局部调整,地震的震级肯定是非常的低,一般都是人难以察觉的微震,不会造成任何伤害。


四川省汶川大地震发生之后,2008年第六期的《中国国家地理》杂志发表了四川省地矿局地质调查队总工程师范晓先生的一篇题为《汶川大地震:地下的奥秘》的文章,引起了很多人的注意。特别是,其中有关紫坪铺大坝引发了汶川大地震的怀疑,似乎特别让人感兴趣。
作为中国一贯倾向反对建坝学者和刊物,范晓先生几年以前就在《中国国家地理》(2004年11期河流专辑)杂志上,发表过一篇《巍巍大坝,安乎危乎》的文章,发出“四川岷江上的紫坪铺水库坝高156米,库容9.63亿方,其上游还有一系列的梯级大坝,面对岷江上游曾多次发生7级以上地震的强震区和大规模山崩堵江溃坝的历史背景,一旦类似叠溪、松潘大地震的事件重演,后果将不堪设想”的警告。这种说法,曾经让社会上很多人,对我国西南地区的大规模水电建设忧心忡忡。对于这种危言耸听的说法,虽然已经有一些专业人士多次专门写文章予以驳斥。但是,这些争论毕竟还都是写在纸上的“笔墨官司”,大家各说各的理由,似乎谁也难以说服谁。
然而,2008年5月12日,就在距离紫坪铺水库17公里的汶川,确实发生了比反坝精英们多次威胁说“后果不堪设想的”松潘大地震还要大得多的8级特大地震。然而,被范晓点名警告的“四川岷江上的紫坪铺水库高坝”,不仅没有发生任何“不堪设想的后果”。而且,还在地震中立了大功。例如,紫坪铺水库形成的宽阔水面,为地震后道路的严重塌方和空中气候受阻的救灾,提供了可靠的水路保障;震后不几天紫坪铺水电站就率先恢复发电,为灾区的抢险救灾提供了巨大的帮助;不仅如此,水库的11亿方库容,成为震后危机四伏的堰塞湖的最后屏障,保障着整个成都平原免受堰塞湖溃决的威胁。
更令《中国国家地理》和反坝精英们难堪的,是新华社的这段新闻:“24日上午,温家宝首先来到位于岷江上的紫坪铺水库,察看大坝安全情况。听说这座担负着为成都平原供水重任的大坝在地震中经受住了考验,基本稳定,温家宝十分高兴。他说,这表明大坝的设计、施工质量是过硬的,希望大家继续努力,抓紧修复大坝的3条裂缝,进一步确保大坝的安全。”
很显然,汶川大地震之后,范晓先生所编造的并被《中国国家地理》和反坝精英们广泛传播的紫坪铺的“不堪设想”,居然就是成功地经受了特大地震的考验,并被温总理表扬的“表明大坝的设计、施工质量是过硬”的后果。为了能扭转预言彻底失败的尴尬局面,《中国国家地理》和范晓先生开始采用一种鱼目混珠的手段,迫不及待地再写文章,把原来紫坪铺宣传的因果关系颠倒过来。本来他们所宣扬的“紫坪铺水库一旦遭遇松潘地震,后果不堪设想”的逻辑关系非常明确:假定大地震发生是条件,修建紫坪铺的后果不堪设想是结果。现在,看到以前所宣扬的谣言被事实彻底揭穿了,他们就机智地来一个颠倒黑白,把修建紫坪铺变成了原因,发生大地震成为了结果。于是,宣传的重点,也从原来的地震高发区不能建水电站,变成了修建水库可能诱发特大地震了。为此,范晓先生难免需要故弄玄虚地强调一些“地下的奥秘”。下面,我们就简单地分析一下,《中国国家地理》杂志上的那些欲盖弥彰的“奥秘”。

发生地震的原因是地球的构造运动

为了增加神秘感,范文中的第一章节的题目就是“从沉寂到复活,龙门山地震带一反常态”。范文认为,“对于专家们来说,在龙门山地震带、在离成都平原如此之近的地方,竟然出现震级如此之高的大震,的确出乎意料。”范晓强调说“5.12大地震的发生,可以说颠覆了专家们对龙门山地震带认识的基本框架,台湾的地质专家也用了“复活”一词来形容龙门山地震带的一反常态。这究竟是数千年以上的能量积蓄终于到了极限,还是另有其他原因呢?这仍然是一个待解之谜。”

尽管我们现代科学对地震的了解还不够深入,汶川大地震的突然爆发确实有些出人意料。但是,地震暴发之后还要说“龙门山地震是一反常态”,说“汶川大地震的发生是什么不解之谜”,确实有点孤陋寡闻。新华网北京6月26日在《专家详解四川汶川特大地震的特征与成因》一文中,详细报道了中国地震局地质研究所所长、国家汶川地震专家委员会南北带地震构造研究组组长张培震26日向全国人大常委会组成人员所作的讲解。
张培震说,汶川地震发生在四川龙门山逆冲推覆断裂带上。该断裂带是青藏高原和华南地块的边界构造带,经历了长期的地质演化,具有十分复杂的地质结构和演化历史。
张培震指出,这次巨大地震的最根本动力来源,还是青藏高原和华南地块之间相对运动在断裂带产生的能量积累和释放。印度大陆向北推挤,形成了“世界屋脊”青藏高原,其平均海拔高度超过5000米,地下的地壳厚度达60~70公里,比四川盆地厚40公里的地壳多出20~30公里。在这种状态下,青藏高原不可能再向上升高和向下增厚,高原内部的地壳物质只能向东和向北扩展,导致高原在这两个方向上的增生。由于强硬四川盆地的阻挡,在青藏高原东部与四川盆地交界地带,就形成了南起泸定和天全,北达广元和陕西勉县、长近500公里、宽40~50公里、北东走向的龙门山脉。构成龙门山山脉的重要岩石单元是古老的杂岩体,这种岩石抵抗破坏和断裂的强度特别大,能够积累很大的能量在瞬间释放形成强烈地震。
张培震解释说,震前的GPS观测表明,整个龙门山推覆断裂带的构造变形速率很小,只有每年3~4毫米,每条断裂上的滑动速率只有平均1~2毫米,地震地质研究得到的万年时间尺度的断裂滑动速率,也证实了这一量值。但是,从若尔盖草原向西的整个青藏高原东部向东和向北的运动速率都很大,到龙门山的突然变慢,说明应变和能量在龙门山发生积累。另外,龙门山断裂在地壳上部倾角很陡,到20公里以下才变缓,这种结构也有利于能量的高度积累,形成如此巨大的8级强震。龙门山断裂带滑动速率的缓慢还导致强震复发周期的加长,估计龙门山断裂带8级强震的复发间隔至少在3000~5000年以上,这就是为什么在几千年的历史记录中龙门山断裂带上没有发生过强震的原因。
除了张培震之外,还有很多国内外的地震专家,都公开分析过汶川大地震的成因,我们这里就不再一一赘述了。根据中国地震局地质研究所所长、国家汶川地震专家委员会南北带地震构造研究组组长张培震的介绍,我们不难发现,相对青藏高原几千万年以来的造山运动,我们人类能够记录下来的地震还不足3000年历史。所以,汶川地震不是“从沉寂到复活,龙门山地震带一反常态”,而是几千年来地壳活动的必然结果。只可惜,我们国家级的专业地理杂志和身为地质人员的作者的地理、地质知识竟然如此贫乏,硬把一个学术界已经公认的地震,当成不解之谜炒作。当然,我们也不能排除范晓先生故意要制造一种汶川大地震“究竟是数千年以上的能量积蓄终于到了极限,还是另有其他原因”的悬念,达到把自然发生的地震灾害,渲染成为人为活动的结果,从而达到污蔑西南地区水电开发的目的。

水电开发不可能破坏河道的边坡稳定

随后,范晓先生文章中的“天灾背后:人类活动令龙门山满目疮夷”一节中的内容,编造污蔑水坝的谣言、挑拨公众反坝情绪的目的,就表现得更加明显了。
范晓说“虽然在如此强烈的地震之下,出现这么多地质灾害不算异常,但假如大地震前你在岷江上游的河谷行走过,也许你早有不祥的预感。近年来,和整个中国西部特别是西南山地一样,岷江上游的水电开发达到了近乎疯狂的程度,加上工业开发区的扩展和公路的不断加宽,已使岷江上游河谷的地形地貌和自然景观发生了很大改变。”

范晓先生所说的“不祥的预感”,清楚地表明了他对我国西南地区水电开发的不满心理。为了能让更多的人也认同他对水电建设产生不祥的预感和反感,范晓先生难免还要使用以前惯用的误导宣传的方式,继续用一些莫须有的事实和错误的概念,误导公众。例如,稍微了解一点水电建设的人都应该清楚,水电建设的基本方式,是要在河流上建造一座大坝,通过阻挡水流、壅高水位来发电。所以,建设水电站通常不需要对山体进行开挖,有时为了使大坝的坝肩和基础与山体结合得更紧密,只需要清除一些表面的风化层。而这些表面开挖的部位,通常都要用来建造大坝和厂房。最终建成之后,不仅不会影响山体的稳定,而且还会加强原来边坡的稳定。不仅如此,对于库区、尤其是坝体附近的危险滑坡体,水电工程还要进行必要的加固处理。例如,被范晓先生多次批评的紫坪铺大坝周围的山体,就经过了大规模的锚固处理,使得它在这次严重的地震中,坝体附近没有发生任何严重的滑坡现象。因而,事实与范晓所论述的情况恰恰相反,一般来说水电工程的建设只能是有利于稳固边坡,而决不会去“把原来具有安息角度的自然斜坡坡角,普遍截削成具有高陡临空面的直立崖坡”。
特别是水电站蓄水发电之后,本质上是把原来河流里冲击、深切河谷的能量用来发电。所以,不仅会大大减少河流对山谷的深切,而且还会产生有利于河谷边坡稳定的泥沙淤积。因此,正常的水电建设不仅不会“使河谷两侧的许多山体都具有失稳崩滑的隐患”,反而还会有利于原有的河道边坡稳定。这也就是为什么发达国家和地区的河流,地质灾害发生的几率普遍较低的根本原因。这些现象也许会令范晓先生和《中国国家地理》很失望,但是,它毕竟是事实,任何人都不得不承认。

紫坪铺水库能诱发汶川大地震吗?

应该说确切地回答这个问题是困难的,但是,如果要问“紫坪铺水库能否诱发地震”?回答起来就相当容易了。而范晓先生这篇的文章的特点,就是在用回答“紫坪铺水库能否诱发地震”问题的内容,来张冠李戴的代替回答“紫坪铺水库能诱发汶川大地震吗”的问题。

范文说,“我国曾总结了可能产生水库诱发地震的7项定性标志:一、坝高大于100米,库容大于10亿立方米;二、库坝区有活动断裂;三、库坝区为中新生代断陷盆地或其边缘,近代升降活动明显;四、深部存在重力梯度异常;五、岩体深部张裂隙发育,透水性强;六、库坝区历史上曾有地震发生;七、库坝区有温泉。上述7条,符合数越多,该水库蓄水后诱发地震的可能性就越大。紫坪铺水库符合了上述7项的前6条。”
除此之外,范晓先生还列举了一系列紫坪铺水库有可能诱发地震的证据。随后,范文中还提到“5.12地震前,已有四川省地震局专家公开发表的紫坪铺库区台网监测结果,数据时段为2004年8月16日至2005年9月30日,水位低于840米,共记录到-0.9~3.6级地震735次。”
实际上,范文的这些叙述都只能说明,在地震高发区内建造水库诱发地震的可能性极大。而紫坪铺水库的确就是建在龙门山地震带上,其诱发地震的现象不仅是存在的,而且已经有了历史记录的事实。问题的关键是,我们能否由此推论出,此次汶川大地震是否是由紫坪铺水库诱发的结论。当然,从范晓的文章来看,范晓先生也并没有得出“紫坪铺水库诱发5.12地震”的确切结论。他只不过用叙述紫坪铺水库具有诱发地震的种种可能性,来制造一种“紫坪铺水库可能诱发5.12地震”的悬念。应该说这个悬念制造得非常专业,如果仅仅根据范晓所提供的资料,别说是普通公众,即便是对于专业的地震工作者,几乎也不能排除“紫坪铺水库诱发5.12地震”的可能性。甚至还可以得出“紫坪铺水库诱发5.12地震”可能性极大的结论。
但是,为什么全世界的地震工作者和水电建设科技人员,都不会认同这种悬念呢?原因就在于,除了范晓所叙述的那些原因之外,另外还有大量证据否定了“紫坪铺水库诱发5.12地震”可能性。为说明这些情况,我们有必要先对水库诱发地震的机理,进行一些介绍。

水库诱发地震的机理分析

关于水库诱发地震的问题,决不是什么新话题。过去,对这方面的争论之所以比较少,这主要是因为相对于大地震对水库的破坏性的不确定后果而言,对水库诱发地震的问题还是比较清楚的。无论是理论研究还是实际观测都说明:在原来没有构造地震的区域内,水库蓄水后诱发的地震仅仅是地应力的局部调整,地震的震级肯定是非常低的,一般都是人难以察觉的微震,不会造成任何伤害。如果水库蓄水的地区原来就是强地震区,有明显的地震断裂带存在,地球板块的缓慢运动使得原有的地应力积累就已经孕育着地震。在这种情况下,由于水库蓄水打破原有的平衡,导致了地震的发生。这种地震的危害程度主要取决于原有的已经积蓄的地震能量。水坝蓄水可能只是引发或者说触发地震,而不是造成地震。
根据科学地分析,断层地震爆发的原因主要在于地应力的积累、变化使断层产生了突然的破裂或者错动。而断层地震的发生条件就在于不同方向的地应力克服了断层之间的摩擦力。当断层摩擦力越大时,需要克服摩擦力所积蓄的作用力就越大。这种情况下地震不容易发生。然而,一旦发生地震后的能量也就比较大。相反,如果断层之间的摩擦力越小,需要克服摩擦力的地震作用力就越小,越容易产生地震,但同时地震发生后释放的能量也比较低。所以说,决定地震爆发时能量强弱的关键,在于断层之间的摩擦力。
由于水库蓄水后将会加大地下渗流,水的侵润只能使原有的断层之间摩擦力降低。所以,水库引发的地震一般都可能会起到加快原有地震地区地震发生的作用。因此,水库蓄水的结果要么对原有地震没有影响,要么提前释放了正在孕育中地震的能量。特别是后一种情况的出现,会从客观上避免了更大地震的发生。从这一点看,水库蓄水触发了较大的地震,应该是具有减小该地区原有地震地区震级作用的好事情。因为,水库的蓄水降低了断层之间的摩擦力,使地震的能量提前、分散释放,有利于减小地震的破坏程度。正因为此,世界上所有记录到的由水库触发的地震,震级都比较低,6级以上的水库诱发地震只有4次,最高的也只有6.5级。
其实,范晓先生自己也是深知这一机理的。范晓的文章中自己也提到“据国内外的研究,目前能认识的水库诱发地震的主要原因,是因为水库蓄水对于库区岩层新增的外在压力以及库水沿断层向下渗透,打破了原有的地应力平衡状态,并降低了断层面的摩擦系数和岩石的抗剪强度。”。只不过范晓先生似乎不愿意把最后的结论如实地告诉大家。即:水库诱发地震的结果必然会导致地震能量的提前释放,所以也会起到分散的释放地震能量,有利于减小地震的震级和破坏程度。

紫坪铺水库不可能是诱发汶川地震的理由

为什么学术界都不认为汶川大地震是由水库诱发的呢?因为汶川地震具有很多与水库诱发地震相矛盾的特性。我国研究水库诱发地震的著名专家,陈厚群院士认为:既然水库诱发地震的机理,是水体侵润断层造成摩擦力的下降导致地震发生的。而地下岩层内的水体运动必然受到各方面约束,水体侵润断层的过程必然是一个缓慢渗透过程。所以,水库诱发的地震必然会表现为“前震-主震-余震型”地震。但是,这次汶川大地震是典型的“主震-余震型”地震,没有前震。此外,陈院士还强调:既然水库诱发地震的机理,是水体侵润断层造成摩擦力的下降导致地震发生的。而地下岩层内的水体运动必然受到各方面约束,不仅水体侵润断层的过程非常缓慢,而且侵润的深度通常也是非常有限的。因此,一般由水库诱发的地震,其震源深度都不超过地下5公里。而这次汶川大地震的震源深度,要比一般水库所诱发地震的震源深度深得多(如图示),加上紫坪铺水库的库容很小,与震中距离较远等因素。因此,紫坪铺水库诱发5.12地震的可能性不大。

除此之外,根据水库诱发地震的分类和定义,可以发现,此次汶川大地震从震级和震中位置上,都不大符合水库诱发地震的基本条件。首先汶川地震的震级非常高,紫坪铺水库的水体很少,自身的重力是极为有限的,它不可能释放出如此之大的能量。其次是距离振中的位置离水库较远。发生水库诱发地震的现象,主要是在水库库区或者库盘附近。何况紫坪铺水库相对诱发地震来说,还只是一个较小的水库(且目前正值汛前,正是水库水位较低的时段,只有大约3亿立方库容),其非常有限的水体影响,一般不可能引起17公里之外的地层发生如此之大的变化。
此外,既然是由于水库蓄水后增加的渗透压力增大或者突变引发的地震,所以,水库诱发的地震,一般都应该发生在水位较高、压力较大的情况下。然而,这次汶川发生的特大地震,不是发生在水库较高水位的情况下。这些情况,都与水库诱发大地震的机理有所矛盾。更为矛盾的是:根据探测记录,这次汶川特大地震造成了地下350公里的断层破裂,最大的水平和垂直错动位移均达到了4米多到5米。在震中汶川附近,出现了大约有200多公里长深度为10到12公里的贯穿断裂缝(穿透到了地表)。假设本次地震是因为紫坪铺水库的水体侵润了地下断层后诱发的,那么紫坪水库的水体与断裂缝必然应该是处于连通的状态。那样的话,突然出现200多公里长深达10到12公里的巨大裂缝,恐怕要把紫坪铺水库中本来已经少得可怜水体一下子都排干净,至少要造成水位的急剧下降。而汶川地震发生后的实际情况恰恰相反,地震后紫坪铺水库的水体不仅没有减少,反而由于停止了发电而急剧上涨。这种现象,完全可以从另一个方面说明,紫坪铺水库的水体,并未能贯穿影响到触发5.12汶川地震的断裂带。因而,汶川地震也不太可能是由紫坪铺水库引起的。

根据这些矛盾,国内外的学术界几乎没有人认为这次地震是由紫坪铺水库诱发的。实际上,对于一个已经发生了特大地震,其能量的来源只能是地壳的运动,即便就是能够确认是由某个水库触发的,我们也没有理由去怪罪那个触发地震水库。因为,如果没有水库的触发,尽管这场大地震也许不会这么快的发生。但是,这次地震的能量也不能释放,而且还要继续积累、增加。今后一旦发生,其积蓄的能量只能更大,对社会的破坏程度只能更高。因此,从水库诱发地震有利于地球板块错动的能量释放的角度看,水库触发地震应该是把大地震分解为多次小地震的好事情。不过,很遗憾本次汶川大地震,从各方面来看,确实都不具备水库触发的特征。这也是世界各国的地震和地质学者的一致看法。也有学者认为,如果紫坪铺水库是诱发汶川大地震的主要原因,恐怕地震发生的时间应该会更早一些,而且震级肯定也不会有现在这么大。

“地下奥秘”的不同作用

读过范晓先生的文章之后,我感觉范晓先生的对于紫坪铺水库的情况介绍比较片面,缺少了一些与水库诱发地震相矛盾的关键的情况,虽然还不能说明就是紫坪铺水库诱发了汶川大地震,但是足以给人制造一种神秘悬念。看来,范晓先生此文的目的,还不满足于追究紫坪铺诱发地震的责任,而是要对我国西南所有的水电建设提出警告。例如,范晓先生后面的这段总结性的叙述“大地震的发生不是第一次,也不会是最后一次。由于目前在中国西部,还有许多建成或在建的、规模远大于紫坪铺的高坝大库,而且很多也是在有强烈地震活动的断裂带上。”。
显然,通过制造似是而非的悬念,范晓先生就能把人们对地震的担心和恐惧,引导成对西南水电建设的疑虑和反感。尽管任何读者只要稍微一动脑筋,就不难发现范晓这种说法之荒谬。因为:早在人类出现(更不用说学会建造水库)之前,地震早就已经大量存在了,否则,哪里还会有我们今天赖以生存的色彩斑斓的大千世界呢?所以,尽管“大地震的发生不是第一次,也不会是最后一次”,但是,其原因决不可能会是由于我们在西南地区修建了大水库。事实与《中国国家地理》和范晓先生对“地下奥秘”故弄玄虚的态度,正好相反。由于地壳要运动,大陆板块相互挤压碰撞的能量总要释放,地震总是要发生的,不管人类是否存在、怎样活动。这才是辩证唯物主义的科学态度。
对于实事求是的科学工作者而言,既然地震能量的释放不可避免,我们只能因势利导地想办法减小地震能量释放所造成的灾害。因此,在地震断裂带上修建水库,降低板块之间的摩擦力,避免地震能量的长时间大量积蓄后的突然释放,很可能将是我们未来运用科学技术减小地震危害的重要手段之一。或许在不远将来,我们还要创立一门崭新的“诱发地震学”专门研究利用水库诱发地震这类“地下的奥秘”,来减小地震灾害。质疑和探索是科学发展的动力,对水库诱发地震的质疑和探讨也是非常必要的,但是,如果不承认已有的事实,甚至不惜用故意歪曲事实的方式来表达自己头脑中的某种偏见,就难免会犯错误。例如,《中国国家地理》几年前所报道的“紫坪铺水库一旦遭遇松潘地震,后果不堪设想”的预言,最后就被事实无情揭穿。
地震的“奥秘”对于迷信敬畏人士可能是造谣和煽情的手段,而对于科学工作者则是探索和前进的动力。正如范晓文章最后所强调,迷信敬畏人士对于大地震的态度是希望“在心底留下了深深的伤痛之后,但愿我们能以更加慈爱、宽大的心怀,去看待人与自然、人与人之间的关系”。而科学工作者则更希望我们能像日本、美国等发达国家一样,用科学技术的发展进步减少地震带来的损失。众所周知,就在我国汶川大地震发生几天以后,我们东临的日本,也发生了一场7.2级的大地震。然而,让人吃惊的是日本的大地震仅仅有10个人丧生。这种现象并非偶然,世界上几乎所有的地震记录都表明,发达国家的地震死亡人数,总是大大地少于欠发达国家和地区。很显然,人类发展的历史已经充分证明:和所有的自然灾害一样,尽管地震灾害的发生不可避免,但是,我们人类的科学发展,是抵御和战胜地震灾害的最有效手段。
令我们感到十分庆幸的是,与普通的公民房屋建筑物不同,我国大型水电站和水坝的开发建设普遍比较晚。所以,尽管我们国家的普通公民建筑物的质量,与国外相比还具有较大差距,但是,在大型水坝的建设上,我们国家在世界上不仅没有落后,而且还比较的先进。所以,如同国外大地震后只有几个人丧生一样,相对来说我国西南水电大坝的抗震安全性是完全可以令人放心的。它们能够成功地抵御特大地震,不仅是改革开放之后落实科学发观展的最好验证和成功体现,同时也是我们破解一切“地下的奥秘”的最有效保障。

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