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(2010-05-30 11:35:52)
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分类： 科普：地球、地质、地震 |
南方周末： 汶川大地震与紫坪铺水库有关吗？
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作者: 嵇少丞（加拿大蒙特利尔大学工学院教授）
发表时间：2009-02-11 16:13:53
来源: 南方周末
【南方周末】本文网址：http://www.infzm.com/content/23528
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大地震的发生与否，绝不像往骆驼背上加草那么简单。
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紫坪铺大坝外景 （嵇少丞的图片）
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”汶川地震是由紫坪铺水库造成的。
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”汶川地震的震源深度是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”汶川地震震源深度达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。
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。
汶川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。汶川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，更何况汶川地震这样的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：汶川大地震迟早会发生，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。
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。
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。
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