紫坪铺水库与5·12汶川大地震有关系吗？（II)

作者：李敏　汪雍熙     （中国水利水电科学研究院）

 

四、水库诱发地震可以预测吗？

 

自20世纪70年代末开始，我国的水库诱发地震研究由回顾性研究逐渐转变为前瞻性研究。近30年来，几乎全部拟建的大(1)型和多数大(2)型水利水电工程做过水库诱发地震前期预测研究。上面已经介绍了水库诱发地震具有多种成因，最主要的有三种类型：构造破裂型、岩溶塌陷型和浅表应力卸荷型。多年的研究实践，对它们的成因机制、判别标志、评价和预测准则等问题，已经积累了相当丰富的经验。前期预测就是针对这三种主要的成因类型，从诱发水库地震潜在危险性及其对工程和环境的影响等几方面进行论证。对于不太常见的水库地震类型，也应该具有足够敏锐的辨识和预测能力。 

提到预测人们很容易地以为就是地震预报。其实，预测和预报还是有很大区别的。预报是针对地震时空强三要素做出的短临预测，需要给出哪天、在什么地点发生多大的地震。而且这种预报是行政行为，预报的同时伴随一系列应急处置措施和资源调配部署。而水库诱发地震的前期预测更像是地震的中长期预测，是科研行为。重点回答是否可能、可能性大小、可能产生的危害。具体地说就是，是否可能诱发构造型水库地震，最大可能震级是多高，最可能的发震部位；是否可能诱发哪类外成成因的水库地震及其最可能出现的部位和最大可能震级，等等。 

早期的水库诱发地震预测方法我们称之为“工程类比”法，即根据已发震水库的工程指标进行外推，例如：坝高、库容、蓄水深度、坝址基岩岩性等等。这些指标与诱发地震的机理没有什么关联，工程类比法把一座水库当作一个点来处理也不恰当。因为已经报道的水库诱发地震震例涵盖了各种工程规模，大到上千亿方库容，小到坝高12m，工程类比法滥用的结果就是“所有水库”都有可能诱发地震，而实际上我国已发震水库占工程总数（坝高15m以上）不到0.3％。这样的预测方法根本没有实用价值，现在已经没有多少人还相信了。 

现行的水库诱发地震预测方法我们称之为“地震地质和工程地质类比”法，这种方法的依据是水库诱发地震的多成因理论。在分析已有水库地震发生的地点和强度与当地的地质条件的相关关系的基础上，总结出起主导作用的发震要素，即：组成库盆的岩体性质、断裂构造和水文地质条件。根据这些要素对预测水库进行工程地质分区，再根据不同成因类型水库地震的判据分别加以论证，提出预测意见。 

总结我们这些年来对水库诱发地震评价所做出的贡献，主要不是成功预测了哪次地震，而是成功预测了哪里不会发震、哪里不会发生强烈地震。最让我们记忆深刻的事件是我们曾经信心满满地预测二滩水库会诱发6.5～7.0级构造型水库地震，并且坚持在现场连续进行了12年的监测，实际上却没有发现任何类型的水库诱发地震。 

在常见的三种水库诱发地震类型中，目前我们对预测岩溶塌陷型水库诱发地震的把握最大。简而言之，水库内并不是所有石灰岩分布区都有可能诱发塌陷型水库地震，我们可以区分出那些虽然有石灰岩、甚至有明显的溶洞但却不会诱发岩溶塌陷型水库地震的库段。而无法确定的是预测可能产生地震的库段是否真的会发生。 

浅表应力卸荷型水库地震发生的不确定性最大，目前还没有发现有效的判别标志。某水库在勘探和施工时，钻孔中出现的饼状岩芯和岩爆现象非常多，但蓄水后却没有发生这类水库地震。 

构造破裂型水库诱发地震的预测难度最大，由于可能发生5级以上地震而倍受重视。在已经做过前期预测的大型水利水电工程中，绝大部分都给出了可能诱发5～5.5级地震的预测意见。在已经建成得到验证的水库中，全部都没有发生构造型诱发地震。最有名的当属某国际知名专家曾预测小浪底水库下游1km处的断层可能诱发构造型地震，震级应按已发生的4个6级以上震例的平均值即6?级考虑。而实际上连更小的地震也没有发生。可以这么说，截至目前，人们对构造型水库地震的预测百分之百都不准确。

我们目前所能做的仍然是排除那些不可能诱发构造型水库地震的库段。对于那些可能发震的库段是否真的发生确实没有把握。

 

五、构造型水库地震是如何诱发的？

 

自从出现6级以上强烈水库地震以后，诱发地震问题引起了各个领域科学家们的热切关注。对水库地震成因的探讨一直是人们最感兴趣的课题，地质和地震专家认为，水库诱发地震的研究可能成为天然地震的预报的突破口。人们一度以为，水库诱发地震的成因机制问题比起天然地震的发震机理更容易得到验证，因而也更容易解决。曾有过许多假设的诱震理论和模型流行，最终都不了了之。至于像水的应力腐蚀作用、泥化、软化和润滑作用等等，仅适用于浅表应力卸荷型。 

目前还留下来的只有库水的重力荷载作用和孔隙压力作用受到公认。库水的重力荷载作用是水库对地质环境最直观的影响。大部分人以为构造型水库地震是被库水的重量压出来的，这是误解。在我国，几乎所有水库震例的主震（或最大地震）都不是发生在水最深的库段，很多震例是在尚未达到正常蓄水位时发生的，达到正常蓄水位以后地震活动并没有再增强。 

我们不能说库水的重量对地层深部完全没有影响，但是这种影响不能向下无限传递。一般来说，库水的重力荷载对库盆基岩的影响深度仅相当于水库宽度的一半。目前在我国西南地区建设的水库都没有宽阔的库盆，最大宽度仅1～2km。 

根据有限元计算，在水库正下方10km深度，库水荷载的附加应力已小于自重应力的0.05％。这小于自重万分之五的影响恐怕用“压死骆驼的最后一根稻草”来比喻也显得过于夸张了吧！假如重力真的可以压出6级以上地震，那么我们就能见到更多种类的诱发地震了，比如：大城市诱发地震、金字塔诱发地震、巨型贮货场诱发地震、摩天大厦诱发地震等等，这些都没有发生过。 

那么，库水是如何产生影响的呢？我们认为最重要的判别方法是分析蓄水对库区水文地质条件的改变，分析其改变的幅度和影响范围。关于蓄水造成的孔隙压力增量，理论上讲可以全幅值地传递到无限深处。而实际上，完全的隔水层或不透水的地质体是不会传递孔隙压力的。库盆以下第一潜水含水层以下或几公里深的地方，库水造成的孔隙压力增量一般是传递不到的。唯一可能的途径，就是存在向深部的透水导水通道，活动断层就是这样的通道。早在上世纪80代年我们就提出了深水文地质结构面对诱发地震的作用，在以后的工程实践中不断完善，现在已经形成了一套预测构造型水库诱发地震的判别标志。在水利水电工程地质界，目前已经普遍接受了我们的工作方法，虽然这套方法并不能使我们准确地预报出较强的水库地震，但至少可以较有说服力地圈出可能的危险库段，并在现有认识水平上确定出具有足够安全系数的、较为可信的诱发地震的震级上限。新丰江水库是我国唯一一座诱发了6级以上强震的水库震例，是我们总结构造型水库地震判据最重要的研究样本，但现在我们仍然不能确信今后再遇到类似的案例我们就能准确地识别并成功预报出来。最大的困难在于不确定因素太多。

简单地说，我们无法仅从地表观察就能准确地判断出库水的影响到底可以传递到多深，断层在地下一定深度很可能完全胶结成不透水的闭合面；我们不能有效地推测出断裂带深部是否已经积累了足够大的构造应力，还无法判断地下岩体是否已接近产生破裂的临界值。而所有条件组合起来恰好符合发震条件的概率可能比中彩票的概率还低。 

说到底，人类的工程活动对于地球来说终属于“外动力地质作用”，再大型的水库工程也不可能改变大地构造应力场。与板块运动的巨大推力相比，库水重力荷载的作用微乎其微。较强水库诱发地震的出现需要各种诱震因素的巧合，这很可能是某种不可复制的机缘。 

虽然我们还不能准确地预报构造型水库地震，但对于捕风捉影的推测、指鹿为马的断言还是可以分辨的。

 

六、汶川大地震不是水库诱发地震 

 

中国国家地理杂志2008年第6期刊载范晓的文章《汶川大地震：地下的奥秘》，文中有关紫坪铺水库可能诱发了汶川大地震的怀疑特别引人关注，在配合范晓本人在各种场合的讲解和发挥、网络媒体的推波助澜，成功地抢占了舆论制高点。然而，真实情况是不需要炒作的。下面给出我们的具体答辩。 

范晓总结了可能产生水库诱发地震的7项定性标志，摘录如下： 

①坝高大于100米，库容大于10亿立方米； 

②库坝区有活动断裂； 

③库坝区为中新生代断陷盆地或其边缘，近代升降活动明显； 

④深部存在重力梯度异常； 

⑤岩体深部张裂隙发育，透水性强； 

⑥库坝区历史上曾有地震发生； 

⑦库坝区有温泉。 

范晓声称：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。 

现在我们先来逐个分析一下这七条所谓的标志。

第①条，本文在前面已经论证了高坝大库的发震比例较高，但却不是所有高坝大库必然会诱发地震。因此，高坝大库并不是判别标志。 

第②条确实是诱发构造型水库地震的必要条件，但却不是充分条件，有很强的不确定性。 

第③条和第②条的作用是一样的，盆地本身并不是诱震因素，边缘的活动断裂才是。 

第④条是判别隐伏构造的标志之一。与库水没有水力联系的隐伏断裂与诱发地震无关。 

第⑤条，张裂隙的延伸一般都不会很深，地表的张裂隙大多与构造无关。 

第⑥条，只有中等强度以上的地震才与活动断裂有关，弱震和微震几乎遍布整个国土面积。原来地震活动非常弱的地区也有可能出现水库地震。 

第⑦条，温泉是判断地下水循环深度的指标。水库蓄水并不能改变地下水的循环深度。对诱发地震而言，温泉既不是诱震因素也不是必要条件。

显然，范晓总结的这7条标志只蒙对了一条，就是第②条库坝区有活动断裂。 

无需范晓证明，1990年我们就论证了紫坪铺水库存在诱发构造型水库地震的条件。但是，这并不能说明紫坪铺水库蓄水后库区所发生的地震就不再是天然地震活动的延续，更不能说明汶川大地震就是诱发地震。范晓是在偷换概念、误导公众。 

范晓在文章中写道：“紫坪铺水库于2004年12月1日开始蓄水，水位从海拔757米左右开始上涨；2004年12月10日，水位涨到761米；2004年12月底，水位涨到800米左右；2005年2月，水位到达820米左右；……” 

范晓在文章中还写道：“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。” 

范晓引用的这篇文献是四川省地震局水库地震研究所胡先明2007年6月发表在《四川地震》上的“紫坪铺水库蓄水前天然地震活动”一文。显然，胡先明发表的这735次-0.9～3.6级地震全部都是紫坪铺水库蓄水前的天然地震活动本底。 

范晓为了达到混淆视听的目的，故意捏造了紫坪铺水库提前蓄水的水位数据。就算范晓没有从新闻媒体上看到紫坪铺水库于2005年10月1日下闸蓄水的消息，也不会看不到胡先明这篇文章的题目是“紫坪铺水库蓄水前天然地震活动”。 

范晓还在其文章中煞有介事地写道：“值得注意的是：地震沿水库南北两侧的龙门山主边界断裂、主中央断裂相对集中，同时在映秀方向的主中央断裂，地震震中沿断裂走向有一个与垂直方向约10°—20°夹角的密集地震发生区，而且在以库区中心点为圆心，半径15公里的圆内，该现象更加明显。这实际上反映震源处的断层除了沿垂直方向运动外，还兼有水平方向的滑动，总体形成斜向逆冲的效果。而这一特征，与两年多后的2008年5月，中国地震局的专家组对5.12地震震源分析的结果十分相似。”

在胡先明的文章中并没有给出735次-0.9～3.6级地震的震中分布图，唯一一张平面地震震中分布图是“图1 区域中强以上地震震中位置分布”（见右图）。这张图给出的是发生在公元638年2月11日～2005年12月的MS≥4.7级的148次地震的震中位置，完全没有涉及到紫坪铺水库蓄水后的地震活动。不知道范晓是如何从这张图上看出“以库区中心点为圆心，半径15公里的圆内，该现象更加明显。这实际上反映震源处的断层除了沿垂直方向运动外，还兼有水平方向的滑动，总体形成斜向逆冲的效果”的。 

我们不想用“故意造谣”这样的字眼来形容一个地质专家，但是范晓的论述真的令人感觉是“匪夷所思”。靠编造紫坪铺水库提前蓄水的数据来到达误导公众的目的，不应该是专家的作为。 

我们完全可以肯定地说，5.12汶川大地震的发生与紫坪铺水库蓄水无关。详细的论证已经写成了科研报告，这里简要择录主要的理由有三条。

 

1．紫坪铺水库没有改变汶川地震发震断层的水文地质条件 

紫坪铺水库位于龙门山断裂带的北川～映秀断裂（中央断裂）和江油～灌县断裂（前山断裂）之间。江油～灌县断裂位于坝址的下游，距坝址最近距离约5km。北川～映秀断裂位于库尾，正常蓄水位877.00m刚好到该断裂的地表出露线与岷江的交汇点。地震专家证实，北川～映秀断裂是这次5.12汶川大地震的发震断裂。 

紫坪铺水库于2006年10月7日达到建库以来的最高水位：875.24m，距离设计正常蓄水位还差1.76m。而库尾映秀镇一带的天然最高洪水位是884.43m，显然，库水位根本不会超过当地天然河床的洪水位。 

紫坪铺水库处在北川～映秀断裂的下盘，显示紫坪铺水库并未改变发震断裂上的水文地质条件。渗流计算结果显示，紫坪铺水库蓄水后该断裂带位置的渗透比降普遍比蓄水前降低了80％多，有利于断裂带位置的渗透稳定性。

 

2．汶川地震的序列特征与诱发地震的规律不符合

512汶川大地震是一次没有前震的突发事件，是典型的主震－余震的震型。而四例6级以上的水库诱发地震全都是前震－主震－余震的震型。由于水库蓄水引发的荷载和渗压等因素的改变，是逐渐由库底向深部传递的，必然会以一系列前震的形式表现出来。这反映了库水对震源体产生的作用逐渐深入、逐渐加强的过程。 

虽然，天然构造地震也会有前－主－余震型，并非水库诱发地震所独有，但此次汶川大地震的序列特征与构造型水库诱发地震的序列特征完全不符合。

 

3．紫坪铺水库蓄水后并没有引起库区地震活动的增强。 

截至512汶川地震发生之前，紫坪铺专用地震台网四年来所取得的测震资料显示，研究区没有发生过ML4级以上地震；已发生的所有ML3.0～3.9级地震均与紫坪铺水库无关；蓄水前后研究区ML≥0.5级地震频次没有明显增加。紫坪铺水库及其附近地区的弱震环境态势并没有改变。 

综上所述，我们有理由确信512汶川8.0级大地震的发生与紫坪铺水库蓄水无关。个别地质专家和极少数别有用心的人通过互联网散布“不能排除紫坪铺水库诱发汶川大地震”的言论，是故意误导公众。他们所编造的各种似是而非的理由都是不成立的。 

我们相信，诋毁并不能使紫坪铺水库蒙羞，经过大地震考验的大坝将会变得更加坚强和光彩照人。八卦新闻的炒作，只会让更多的人关心水利水电建设事业，事实将证明紫坪铺水库不仅是“抗震标兵”，还将为四川的文明进步发挥更大的作用。