三峡工程36计(八十九)

王维洛博士

图/ 博大出版社

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二、四川汶川512大地震的成因

二○○八年五月十二日,四川汶川发生八级地震(先前曾报规模七点六和七点八),震中烈度十一度。根据中国政府发布的消息,此次地震造成近十万人死亡,其中一万九千余名是正在学校上课、为倒塌的校舍所致死的学生。中国科学院研究生院地学院副院长、地球物理学博士魏东平认为,此次四川汶川大地震的原因是:“青藏高原不断东移,处在印度板块和欧亚板块之间的中国大陆,长期受到两大板块的碰撞、挤压,引发地震的力是一直存在的。地震学上有一个‘弹性回跳理论’,当这种挤压力到达一定限度,必然要释放出来,地震是‘加最后一根稻草’的结果,但这根稻草会在哪里,谁也说不清楚。”

加拿大蒙特利尔大学工学院嵇少丞教授,如此描述龙门山大断裂:
“印度大陆就像一架巨型的推土机,往北使劲地推,推起了青藏高原,当青藏高原增高到一定的高度 (七、八千米) 后再也推不动了,其下地壳的物质就被迫挤向东移,碰到了坚硬的四川盆地地壳,形成了北东走向拔地而起的龙门山。青藏高原和四川盆地的交接部位──龙门山破裂带,注定是地震的高发区。强震和大地震往往发生在活动断裂带的转弯处、两组断裂的交汇处,其中以隐伏逆断层,尤为危险。这些构造部位积累应力高、或处于闭锁的段落上,一旦应力超过岩石的破裂强度,地震就发生了。龙门山破裂带内有三条主干断层,西边一条叫龙门山后山断裂,沿茂县─汶川─卧龙一线;东边一条叫龙门山前主边界断裂,沿安县─都江堰─天全一线,中间那条叫龙门山主中央断裂,沿北川─映秀一线。由于这次映秀乡遭受的地震破坏,明显比汶川县城要大,我推测五月十二日的大地震,就发生在映秀附近的龙门山主中央断裂上。一八○○年以来,龙门山前主边界断裂上,先后曾发生过四次中强地震,最大一次是一九七○年发生在大邑西边的规模六点二地震。龙门山后山断裂自一五九七年以来,共发生过十三次四级以上的地震,最大一次是一六五七年的汶川规模六点五地震,史书记载那次地震:‘地震有声,昼夜不断,山石崩裂,江水皆沸,房屋城垣多倾,压死男妇无数’。此外,一九五八年,汶川还发生过一次规模六点二地震。龙门山主中央断裂自一一六八年以来,只发生过十二次四级地震,最大那一次规模六点二,发生在北川。南边映秀一带的龙门山主中央断裂,一直很平静(断层处于闭锁状态),直到二○○八年五月十二日下午十四点二十八分,突然发生了七点九大地震……”

三、建立在龙门山断裂带之上紫坪铺水库大坝工程

紫坪铺水库,就直接位于龙门山断裂带之上!紫坪铺大坝工程是中国政府实施“开发大西北计划”后的第一个大型水电开发项目,也是周永康担任四川省领导人时,坚决支持上马的专案。二○○一年三月,紫坪铺水库大坝工程开工建设。二○○五年九月,紫坪铺水库开始蓄水,当年十一月两台水轮发电机组开始发电。二○○六年五月,紫坪铺水库大坝工程的四台水轮发电机组,全部投入生产,当年十月,水库按照计划蓄满水。根据官方报导,紫坪铺水库大坝工程,一共耗资七十二亿人民币。

紫坪铺大坝,是水泥面板堆石坝,坝高一百五十六米,水库总库容十一点一二亿立方米。虽然紫坪铺水库的总库容,不到三峡大坝工程的三十分之一,但是紫坪铺水库增加的蓄水位高和三峡水库是同一数量级的,都超过一百米,增加的水压力超过每平方米一百吨。根据前面的分析,水库蓄水越高,诱发地震的可能越大,地震震级也越高。紫坪铺水库诱发地震的可能性,绝对不会亚于三峡水库。

紫坪铺水库位于都江堰市和汶川县映秀镇之间,紫坪铺大坝距离地震中心的直线距离仅为五公里!比汶川县城或者汶川县映秀镇,距离地震中心的直线距离更近。所以四川汶川地震如果称四川紫坪铺地震,将更为准确。四川省地震局的胡先明工程师在〈紫坪铺水库蓄水前天然地震活动〉一文中,是这样描绘紫坪铺水库所在地区的地质背景:

“紫坪铺库区处于扬子准地台与松潘一甘孜地槽之间的过渡带,这个构造过渡带从古生代到中生代,早期是中国以地台为主的稳定区和中国西部以地槽为主的活动区的分界。新生带以来中国西部强烈的褶皱隆起,形成推覆逆掩的巨型断裂系,它就是举世闻名的龙门山皱断带。由于印度洋板块陆壳与欧亚板块强烈顶撞,产生的强大推挤力,使龙门山断裂带发生大规模的逆掩推覆构造变形,随着青藏高原的抬升和地壳物质的横向扩散,龙门山断裂带成为川青断块的东南边界。”

但是,紫坪铺水库大坝工程的可行性报告,却漠视这个复杂的地质背景,认为:

──“紫坪铺坝区属地壳结构基本稳定”;
──“工程区40公里范围内,历史上未见有强震发生”;
──“紫坪铺坝区及其附近地区大地震的影响烈度不超过七度”。

这个结论和大坝工程可行性报告的结论十分相似。人们在四川汶川大地震之后再来看这些结论,会发现这些结论都是错误的。二○○○年三月二日,中共国务院总理办公会第六十次会议通过〈关于审批四川省岷江紫坪铺水利枢纽工程可行性研究报告的请示〉。也就是说,国务院总理办公会议,认同这些结论。二○○八年五月十二日发生的四川汶川大地震的事实证明,紫坪铺水利枢纽工程可行性研究报告中的有关结论,是完全错误的。那么撰写这个可行性研究报告的科学家和工程技术人员应该负什么责任?批准这个报告的国务院又应该负什么责任?

有人会说,这些都是马后炮,是事后诸葛。其实就是在紫坪铺水库大坝工程上马之前,中国的许多科学家和工程技术人员都对这个工程表示反对。比如原中国水电科学研究院的陈实先生,便曾发表文章,提出反对意见。当时的情形是,北京的科学家和工程技术人员多持反对意见;而四川省本地的科学家和工程技术人员,则不敢发表反对意见。但是四川省地震局的工程师中,也有勇敢站出来,指出紫坪铺水库大坝工程将是一个潜在的“危险工程”。

四川省地震局的高级工程师李有才,和四川地矿局物探大队高级工程师曹树恒,撰写〈紫坪铺水库枢纽工程基本烈度〉的文章,通过对于水库所在地区的地震地质、新构造、深部地球物理、历史地震的深入研究,对在龙门山断裂带上建造紫坪铺水库大坝工程,提出坚决反对的意见。李有才和曹树恒指出,紫坪铺水库大坝工程所在地区的地壳结构,应属基本不稳定地区,坝区及其附近地区,未来具有发生规模七点五大地震的深部构造背景,紫坪铺坝区及其附近地区大地震的影响烈度,不是不会超过七度,而是会达到九度,甚至九度以上。

四川地震局原党组书记、局长刘兴怀,四川地震局高级工程师蒋能强、李明光,也都支持李有才和曹树恒的观点。当时李有才和曹树恒,建议中央政府立即停止停建紫坪铺水库枢纽工程,或炸掉已建好的大坝。二○○五年紫坪铺水库开始蓄水之后,出现水库诱发地震现象。二○○七年,四川省水利厅向李有才征求了意见,问:“紫坪铺水库已经建成了,该怎么办?”当时已经退休的李有才坚持把大坝炸掉,或者将水库中的水放掉。二○○五年紫坪铺水库开始蓄水,二○○六年紫坪铺工程四台发电机组全部投入生产,整个工程提前一年完工,可以说是春风得意马蹄急。紫坪铺工程号称创造许多省内之最、乃至国内之最。

──紫坪铺水利枢纽工程是新中国成立以来四川省建设的最大的水利枢纽工程,而且是全国最大的灌区(都江堰灌区)供水。
──紫坪铺水利枢纽水轮发电机组的水头变幅为国内最大,居世界前列,技术要求高。
──紫坪铺水利枢纽工程的面板堆石坝为四川最高、全国第五。
──紫坪铺水利枢纽工程泄洪洞的高速水位流速为四十五点四米/秒,其流速为国内最大。
──在工程施工中,共发现一百三十二条煤洞、煤窑,工程地下高含瓦斯为国内大型水电工程瓦斯含量最高,地质复杂程度居国内大型水电工程前列,施工难度系数大等等。

但是,为什么在二○○七年,在紫坪铺工程最为光辉的时候,却向当年提出反对意见的李有才工程师征求意见呢?这是因为,紫坪铺水库蓄水之后诱发地震,带来重重忧虑。

四、不排除紫坪铺水库诱发四川汶川5.12大地震的可能

二○○八年五月十二日地震当晚,水利部副部长矫勇和总工程师刘甯等专家,赶到紫坪铺大坝,其速度出奇的快,似乎对紫坪铺大坝将出事,有所准备。根据中国环保人士杨勇对紫坪铺大坝的实地考察,紫坪铺大坝震后的情况为:“右岸坝肩山体出现大面积山体裂缝,裂口宽十至三十公分不等,长度数百米,裂缝区宽度数百米,裂缝走向多于河谷平行,迎江临空面形成一系列崩塌形滑坡和泥石流,接近坝体的护坡水泥桩部分开裂,顶部有岩体崩落现象,砸向谷底发电厂房和泄洪设施。大坝顶部右段有沉陷迹象,沉陷深度二十公分至八十公分,长度近二百米,大坝面板砌石松动,部分拱起,大坝内侧附属设施震裂震垮较多,泄洪泄沙提闸建筑严重损毁变形。库区两岸山体崩塌形滑坡大面积生成,在前端狭窄库段两岸见左岸有近五百米高的山体崩塌,右岸台地生成宽约二百至三百米的裂缝区,成为欲崩危岩。映秀镇四周生成大面积山体崩塌滑坡。民用建筑、学校、工矿企业等,几乎被夷为平地。”

如果紫坪铺大坝发生溃坝,形成溃坝洪水,淹没下游的都江堰市和成都市,威胁下游几百万人民生命财产安全。人们会问:是紫坪铺水库诱发了四川汶川大地震?笔者认为,不排除紫坪铺水库诱发四川汶川大地震的可能,有下列理由:

第一:紫坪铺水库是大型水库,水库总库容为十一点一二亿立方米,直接建造在龙门山断裂带之上。过去几百年,龙门山断裂带附近多次发生里氏七级以上大地震,龙门山断裂主体也发生过六点五级地震。

第二:紫坪铺水库又紧邻北川─汶川断裂带的南端的汶川映秀镇。活动断裂带最突出的部位,往往是震中所在,因为这个部位构造脆弱,应力(注:“应力”,单位面积上所承受的力)易于集中。活动构造带的两端,常常是震中往返跳动地点,是因为活动构造带在应力加强时,两端受力最大,是推动进一步发展的有利部位。两条断裂带交汇处,容易导致应力集中,往往是震中所在地点。这些情况在建坝时都十分清楚。紫坪铺水库的水在高位蓄水的压力下,通过岩石裂隙进入断裂带,促使结构应力的释放。此次地震受灾最严重的正是汶川县和北川县,恰恰就是活动构造带的两端。

第三:紫坪铺水库蓄水高度大,大坝高度超过美国胡佛大坝。虽然紫坪铺水库的总库容不足长江三峡水库的三十分之一,但是紫坪铺水库增加的蓄水位高和三峡水库是同一数量级的,都超过一百米,增加的水压力超过每平方米一百吨。根据前面的分析,水库蓄水越高,诱发地震的可能越大,地震震级越高。紫坪铺水库诱发地震的可能性很大,成为最后一根稻草的可能性也很大。水库蓄水高度变化频繁、变化幅度大,诱发地震的频率也高。

第四:紫坪铺水库蓄水高度变化幅度为国内第一。紫坪铺水库蓄水高度变化幅度为六十米,为三峡水库坝址处水位变化三十米的两倍。根据三峡水库和地震关系研究,大幅度水位变化,容易引起诱发地震。

第五:此次大地震中,逃亡的灾民注意到,在地震发生时,紫坪铺水库水位迅猛上升,一度成为“汪洋大海”,可见有大量能量从水库底部释放出来。

第六:二○○七年二月十二日发生地震,可以认为是紫坪铺水库诱发的地震,虽然震级只有规模三点二,但是震中和震源深度八公里,和此次地震重叠(中国地震局最初报导,震源深度二十九公里,后来修正为八至十公里)。

第七:地震之后,中国的遥感专家从地球卫星图片上发现,在地震之前,在地震中心地区上空有大量气体释放出来,应该是大地震的前兆。而这些气体很可能就是从水库底部释放出来的甲烷等气体。

第八:五月初地震之前,紫坪铺水库把水位降至防洪限制水位。按照常规,紫坪铺水库应该在五月底或者六月初、中旬把水位降至防洪限制水位。紫坪铺水库提前近一个月将水位降低,对于经营水库的单位在经济上是不利的,因为降低了水位,就是降低发电能力和供水能力,降低了经济收益。紫坪铺水库不按常规提前降低水位,说明一定是发生了什么事,或者为了防止发生重大事故,否则水库经营单位绝对不会接受有损自己经济利益的事情。最逻辑的推理是,这是为了防止近期可能发生的强地震。这也从另外一面证实,中国的决策层、地震和水利等有关部门都已经知道,有专家预测了近期在这一地区有发生大地震的可能。

第九:紫坪铺水库在五月初大幅度降低水位,也可能直接诱了发地震。

第十:四川省地震局的高级工程师李有才和四川地矿局物探大队高级工程师曹树恒,在紫坪铺水库大坝工程上马时就指出,该地区的地壳结构应属基本不稳定地区,坝区及其附近地区未来具有发生七点五级大地震的深部构造背景。李有才和曹树恒认为紫坪铺水库大坝工程将是一个潜在的“危险工程”。李有才和曹树恒的意见受到四川地震局原党组书记、局长刘兴怀、四川地震局高级工程师蒋能强、李明光等的支援。

第十一:如果说印度洋板块挤压欧亚板块,青藏高原不断东移,龙门山断裂就像埋藏在地壳中的几百颗原子弹,那么在龙门山断裂上建造紫坪铺水库大坝工程就是给这些原子弹安装一个不可控制的引爆装置。也可以说,紫坪铺水库的高位蓄水和大幅度的水位变化,是起了“加最后一根稻草”的作用,激发了龙门山断裂带中累计的应力的释放。

五、定义所面临的问题

到目前为止,人们认为水库诱发地震的地震强度不会超过规模六点五,这是过去观测结果的总结。四川汶川地震的震级为八级,超出了水库诱发地震强度的可能范围,许多人认为,这不可能是水库诱发地震。地震和紫坪铺水库没有关系,和泯江等河流上大量建坝,也没有关系。

其实,这是水库诱发地震这个定义,所面临的问题。过去,世界各国建设水库大坝工程,都是尽量避免在地质条件复杂的地区建设,更不会建造在会发生强烈地震的断裂带上。这些地区历史上都没有强烈地震的纪录。比如中国新丰江水库坝址所在地河源县,在历史上没有任何地震记载,只有香港工商日报曾载称,一九三四年三月博罗,河源界上的清边乡发生过轻破坏的地震。

印度科依纳水库,被认为大坝底下的地基十分理想,而且水库所在地区的地质结构完整,从地质板块学的观点来看,这座水库是建造在印度板块上,为印度─澳大利亚板块的一部分,几百年万前就已经形成。人们认为这种地质结构是最稳定的,即所谓的无震区,而且在水库建造之前,也没有地震的记载。大坝位于前寒武纪地质带上,地质条件非常优越。但是新丰江水库和印度科依纳水库诱发了世界上最强地震,并两次修改了水库诱发地震强度的定义。

紫坪铺水库大坝,则是直接建造在有可能发生强烈地震的龙门山断裂带之上。过去的经验总结是:在弱震地区或地质构造稳定的地区,大型水库大坝会诱发地震,水库诱发地震强度可以超过历史上所记录的最大地震强度。那么,科学家现在就面临一个完全新的情况:在有强烈地震背景的断裂带上,和地质构造不稳定的地区建造大型水库大坝,水库是否会诱发地震?水库诱发构造性地震,是否也属于水库诱发地震的范畴之内?水库诱发构造性地震的强度,是否超过历史上所记录的最大地震强度?

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