◇◇新语丝(www.xys.org)(xys3.dxiong.com)(www.xysforum.org)(xys2.dropin.org)◇◇ 汶川地震是由水库蓄水引起的吗? 作者:陈颙 《中国科学D辑:地球科学》2009年第39卷第3期   《科学》(Science)杂志2009年1月16日的“本周新闻”发表了一篇报道,题 目是“四川大地震的人为诱因?”,文中介绍了“紫坪铺水库可能诱发了四川汶 川地震”的说法[1]。在汶川地震发生半年之后,类似的报道(如英国Telegraph 网站[2]、美国的纽约时报[3]等)在国外突然多了起来。   紫坪铺水库是四川岷江上的一座大型水利枢纽,位于都江堰上游约6km处, 距成都市约60km;2001年3月正式开工,2005年9月下闸蓄水,2006年全部建成。 紫坪铺水库总库容11.12亿立方米,混凝土面板堆石坝最大坝高156m,为国内仅 有的几座同类型高坝之一。紫坪铺水库距 2008年5月12日汶川8级大地震震中的 距离大约十几公里,汶川地震是不是由紫坪铺水库的蓄水引起的?   由于水库蓄水而引发的库区附近地震活动性(地震的次数和地震的震级)的 明显增高,称为水库诱发地震,或简称水库地震。水库诱发地震研究最早始于 1931年的希腊马拉松水库。从那时起,人们就意识到,人类工程活动如注水和修 建水库等均可诱发地震。水库蓄水诱发的地震多为中小地震,对水库不会产生大 的破坏。在全球约有18座水库诱发产生破坏性的水库地震,诱发地震的最大震级 为6.4。   通过对国内外100多起水库诱发地震的统计和归纳,水库诱发地震大致有以 下5个特点:   (1)水库地震的震中仅分布在水库及其周围,一般位于水库及其附近5km范围 内,震源深度大多在5km内,少有超过10km。汶川地震,无论是地震破裂的起始 点(微观震中)还是地震破裂延伸方向的距离远远大于5km。紫坪铺水库位于地震 活动性很高的地区。在未建水库前,从历史记录来看,附近至少发生过5次较大 的地震:1657年汶川6?级地震,距坝30km;1748年汶川5?级地震,距坝30km; 1787年12月灌县4?级地震,距坝 5km;1970年2月大邑西6.2级地震,距坝55km; 1970年3月芦山长石坝4.7级地震,距坝51km。为了监测水库建设过程的地震活动 情况,蓄水前,四川省地震局建设的紫坪铺水库数字遥测地震台网于2004年8月 16日正式采集地震信息,2005年6月27日通过验收,正式工作[4]。从四川省地震 局水库地震研究所统计的紫坪铺库区多年地震活动性的资料可以看到,紫坪铺水 库蓄水以后,水位虽有变化,但是频度和震级都没有显著的变化。所以从蓄水前 后地震监测资料的对比来分析,从2005年10月1日下闸蓄水到2008年4月的2年7个 月时间内,紫坪铺水库的库盆和临近地区的地震活动,其发生的地域、地震的频 度以及强度都处在本地区多年地震活动正常的变动范围以内。在紫坪铺水库蓄水 后并没有监测到水库及其附近地区地震活动性明显增强的现象。   (2)水库诱发地震震级一般较小。目前世界上已记录到的最大的水库诱发地 震为6.4级,于1967年12月发生在印度Koyna水库。它发生于比较稳定的德干高原 地区内。主震的震中位置在大坝南3km。Koyna水库坝高103m,1962年开始蓄水, 以后3年内发生了约450次地震。从全球来看,绝大多数水库诱发地震的震级小于 里氏5级,属于弱震或微震,约占水库诱发地震总数的80%以上。而5.0~5.9级的 中等强度地震10例,6.0~6.4 级强度地震仅4例,分别是印度Koyna水库6.4级, 希腊Kremasta水库6.2级,中国新丰江水库6.1级,赞比亚与津巴布韦交界处的 Kariba水库6.1级(表1)。汶川地震的震级为8.0,该地震释放的能量比历史上最 大的水库地震的能量大200多倍。   (3)水库诱发地震比例较小。全世界已建大中型水库约有1万多座。但已诱发 水库地震的仅101座[6],它们仅占世界大坝会议已登记的1万多座大、中型水库 总数的1%左右。   (4)水库地震具有前震-主震-余震的系列特征。水库地震一般发生于水库蓄 水之初,出现一些小地震(前震),以后逐渐增多,强度加大,最大地震(主震)出 现在蓄水首次达最高水位时间附近(从表1可以清楚地看到这个特征),然后再逐 渐减弱(余震)。所有的水库地震都具有这种前震-主震-余震特征,目前尚未发现 例外。与此相反,天然地震(此处指与蓄水无关的构造地震)绝大部分不具备前震 -主震-余震序列特征,全球地震统计表明,具有前震的大地震占大地震总数的比 例不到10%[7]。2008年汶川大地震既不是发生在紫坪铺水库蓄水的初期(2005年 蓄水),也不是发生在水库较高水位的情况下(目前正值汛前,正是水库水位较低 的时段)。尤其重要的是,汶川地震没有前震,不属于前震-主震-余震的系列。   汶川地震与过去发生的水库地震,从现象学的对比,有明显的不同。汶川大 地震从震级大小、地震位置分布和地震序列等方面上都不符合水库诱发地震的基 本特点。   表1世界一些主要的水库诱发地震表[4,5]   (表略)   (5)汶川地震是断层逆冲运动造成的,迄今尚未发现过逆冲型的水库地震。   上面从大多数水库地震的特点,从现象学的角度,与汶川地震进行了对比。 下面再从“蓄水”和“地震”两者关系进行力学分析。   地震是断层的突然运动造成的。一般来说,断层面都是倾斜的,倾斜断层面 上面的岩体叫做断层的上盘,下面的则叫做下盘。地震时,断层面的运动大致有 三种情况:上盘与下盘发生相对水平运动,这种断层称为走向滑动断层;上盘向 上、下盘向下运动,这种断层称为逆断层或逆冲断层;上盘向下、下盘向上,这 种断层称为正断层。   水库蓄水作为施加在地面的载荷,在地下深处将会出现附加水平方向的拉力, 这个附加的拉力有助于走向滑动断层和正断层的运动,所以水库诱发地震多是走 向滑动或是正断层型的。汶川地震断层面的运动属于逆冲断层,只有在地下强大 的水平方向压力(而非拉力)作用下,才能出现上盘向上、下盘向下的逆冲断层型 的断层运动[8]。逆冲型的断层在海洋的俯冲带很多,但在大陆极为少见。发生 在大陆地区的汶川地震具有和海洋俯冲带地震一样的逆冲特点,这是汶川地震和 绝大多数大陆地震不同的地方,也是研究汶川地震对于理解大陆动力学的重要意 义[9]。   徐光宇等[5]收集和分析了所有研究过的全球水库诱发地震的震源机制,发 现水库诱发地震震源机制主要为走向滑动型和正断型两种,且前者多于后者,至 今尚未发现逆冲型的水库地震。逆冲型的水库地震在《世界水库诱发地震研究文 集》[5]中有两处,分别说明如下:1967年印度Koyna 6.3级诱发地震主震震源机 制为走滑型的,其后一些4级左右的余震有个别是逆冲型的;1977年美国南卡罗 来纳的Monticello水库(4亿立方米的中小水库)蓄水后发生的2.6~2.8级地震。这 些地震的震级很小,将诱发的2.8级地震和蓄水之前的正常地震区别开来,并不 是一件容易的事情。除以上两个特别的情况外,世界上水库诱发的地震(特别是 主震)尚无逆冲型的例子。   水库蓄水和诱发地震是一个十分复杂的问题,虽然已有许多的研究论文和报 道[10~13],但相当多问题都需要不断深入的研究。本文没有讨论水库蓄水和诱 发地震的普遍情况,而是讨论汶川地震和紫坪铺水库这一特定的问题。我们的初 步结论是:从现象学和力学分析上,汶川地震与一般的水库地震有很大的不同, 汶川地震不是蓄水引起的水库地震。 参考文献 1 Richard A Kerr, Richard Stone. A human trigger for the great quake of Sichuan? Science, 2009, 323(5912): 322 2 Malcolm Moore. Chinese earthquake may have been man-made, say scientists. February 3, 2009. http: //www.telegraph.co.uk 3 Sharon Lafraniere. Possible link between dam and China quake. The New York Times, February 5, 2009. http: //www.nytimes.com 4 胡先明. 紫坪铺水库蓄水前天然地震活动. 四川地震, 2007, 2: 16—21 5 徐光宇, 等, 编译. 世界水库诱发地震研究文集. 昆明: 云南科技出版社, 2006 6 丁原章. 水库和地震. 北京: 地震出版社, 1989 7 陈颙. 用震源机制一致性作为描述地震活动性的新参数. 地球物理学报, 1978, 21(2): 21—43 8 陈颙, 黄庭芳. 岩石物理学. 北京: 北京大学出版社, 2001 9 Chen Yong, Li Li, Li Juan, et al. Wenchuan earthquake: Way of thinking is changed. Episodes, 2008, 31(4): 374—377 10 王墩, 姚运生, 薛军蓉, 等. 三峡水库重点监视区蓄水前后震源机制研究. 大地测量与地球动力学, 2007, 27(5): 103—107 11 嵇少丞. 汶川大地震与紫坪铺水库有关吗?南方周末, 2009年2月11日. http://www.infzm.com/content/23528 12 雷兴林, 马胜利, 闻学泽, 等. 地表水体对断层应力与地震时空分布影响的 综合分析—以紫坪铺水库为例. 地震地质, 2008, 30(4): 1046—1064 13 Amsel. 紫坪铺水库是“四川大地震的人为诱因”? Science采访了个“大忽 悠”. 新语丝, 2009年1月29日. http: //xys.xlogit.com/xys/ebooks/others/science/misc/wenchuan518.txt (XYS20090330) ◇◇新语丝(www.xys.org)(xys3.dxiong.com)(www.xysforum.org)(xys2.dropin.org)◇◇