為了大地安寧 潛心水庫地震科研

馬文濤，1982年2月云南大學地球物理系地球物理專業畢業，1996年12月在中國地震局地質研究所獲得博士學位，碩士生導師，中國地震局地質研究所副研究員。承擔過1項國家科技支撐課題、1項“七五” 三級子題、多項國家地震局“十五”三級子題、1項地震科學聯合基金課題，參加了國家地震局“八五”二級子題、“九五” 三級子題和“十五”三級子題、國家重點基礎研究發展規劃項目子題、國家自然科學基金和地震科學聯合基金課題的相關研究工作，現在主要從事水庫誘發地震、近場地震學和震源機制解的研究工作，先后發表文章25篇。獲得中國地震局科學技術進步一等獎1次、二等獎1次和三等獎2次。

有一種人，堅毅、慎思篤行，他生而就是為了某種事業；有一種追求、執著，心無旁騖，只將最真誠的心靈獻給那個事業；有一種精神，平凡、無怨無悔，詮釋了一個科技工作者埋頭科研、只問耕耘的樸素心聲！

的確，如果沒有執著堅毅的精神支撐，很難理解一個人會經年累月與山路、水庫，與儀器、數據，與文獻、典籍相伴而無怨無悔；的確，如果沒有前行科研的篤定執著，就不會有創新的科研方法和理論的問世；的確，如果沒有心系蒼生安寧的社會責任和使命，也就不會有將前輩科學家留下來的科技遺產繼承并不斷傳揚……

馬文濤，一個爽朗但又沉靜有力的科技工作者——采訪時見到第一面的感覺印證了我們的想象。而當說起他的專業領域時，我們才真正明白，他的堅定有力氣質，正是他多年來積淀下來厚重的專業素養所由內而外的一種體現。

沒必要談虎色變，要正視水庫地震

水庫誘發地震是指因人工修建水庫、蓄水后水位變化引發的地震，水庫地震是正常現象，它不同于天然地震，是一種與人類工程活動相關的地質災害現象，簡稱水庫地震（Reservoir-Induced Seismicity，RIS）（H.K.古普塔、B.K.拉斯托吉等，1980， 1996；丁原章主編，1989）。目前，全世界大約有150余例水庫發生了水庫誘發地震，這些地震都不同程度地造成了人員傷亡和地表建筑物破壞、財產損失。

水庫誘發地震問題最早于1945年由美國卡德爾（D.S.Carder）提出。直到1960年代末才作為一個科學問題進行系統研究，1970年代及以前主要著重于震例資料的收集和地震活動特點的總結及發震機理的探討。1969年由聯合國教科文組織8個有關學術團體的專家組成一個水庫地震工作組，先后召開過三次座談會，并于1975年召開了第一屆國際誘發地震討論會，其成果匯集于《大壩與地震》（C Gupta， H.K.， B.K.Rastogi， 1976， Dams and Earthquakes）一書中。到了1980年代，全世界水庫誘發地震震例共有一百余個（丁原章等，1989），到了1990年代達一百二十余個（楊清源等，1996）。通過研究表明水庫誘發地震的相關因素，包括水庫規模、巖性條件、構造條件、滲透條件、應力狀態和地震背景等。但總體上來說，目前的研究工作，仍處于資料積累、震例分析、方法探索、成因機制探討階段，主要進行誘發震例的綜合分析和擬建水利工程的水庫誘發地震危險性評估，還沒有在水庫蓄水前及蓄水過程中進行完整、系統的跟蹤觀測研究。

我國在1962年廣東新豐江6.1級地震后開始了水庫誘發地震研究，1980年代先后在浙江湖南鎮、貴州烏江渡和湖南東江水庫等地設置密集流動地震臺網，利用所獲取的動態信息成功預測了這些水庫的誘發地震發展趨勢，為大壩建設和安全運轉提供了科學依據。在“七五”和“八五”期間，中國地震局所屬研究所一起共同承擔完成了國家重點科技攻關項目長江三峽工程水庫誘發地震問題的研究。近二十多年來為配合國家經濟建設，已在長江三峽庫區、四川云南貴州等地區的大型水庫區建立和正在建設地震監測臺網和前兆觀測臺網。中國地震局各研究所和一些多地震的地方地震部門從不同角度開展了不同程度的水庫誘發地震監測與研究工作，取得了一批有價值的觀測、研究成果和工程實施經驗，培養了一批相關科學技術人才。例如，在廣東新豐江水庫、長江三峽水庫區，近幾年來中國地震局下屬研究所、廣東省地震局、湖北省地震局和中國科學院等單位開展了大量的水庫誘發地震研究，在地質構造、水庫誘發地震活動性、深部探測、鉆孔原地應力測量、巖性分布、斷裂和裂隙及解理分布、天然構造地震背景及水庫誘發地震的成因機理等方面取得了一批重要研究成果，特別在廣東新豐江水庫、長江三峽水庫和廣西龍灘專門建立了水庫誘發地震監測臺網，進行了水庫誘發地震的監測工作，積累了一批數字地震資料，并對水庫誘發地震進行了常規的地震定位、活動性和震源機制等分析，開展了一些水文地質調查，為進一步的研究工作打下了很好的基礎。同時，也發現了水庫誘發地震研究中存在的一些薄弱環節，提出了迫切需要解決的科學技術問題。

專家表示，中國有40多座水庫曾經誘發過地震。1962年的新豐江水庫地震是發生在中國的最大水庫地震，也是世界上超過6級的4次水庫地震之一。河源市新豐江水庫于1959年10月20日開始蓄水，一個月后即出現地震活動。其后隨著庫區水位迅速上升，地震活動相應加強。1962年3月19日04時18分53秒，當水位為110.5米時，誘發6.1級地震。該次地震滯后第一次高水位半年，震源深度5公里，震中在大壩附近1公里處，造成數千間房屋損毀，10余人死亡，數十人受傷。有關資料顯示，從1962年至今，新豐江水庫周邊共發生4級以上地震40多次。

縱觀各種記載資料，不管我們出于何種考慮，但一個事實是，水庫可以誘發地震。馬文濤也說，正視水庫地震，不是為了別的，只是為了做好更合理的評估、更科學的監測和防護。采訪中，馬文濤一再強調，水利對國民經濟建設的重要性毋庸置疑，但他也始終以一個專業的科技工作者的素養呼吁：我們一定要實事求是，正視水庫誘發地震所帶來的危害。

正視水庫地震，只是為了更好地防震減災

科研的價值正是體現在這里，在自然面前，盡量去撥開迷霧，還原并認識規律，這樣才能利用自然，減輕自然給我們帶來的災害。馬文濤從事的科學研究就是這樣，他一方面不斷呼吁整個社會，水庫誘發地震是自然存在的，大眾及相關的部門機構要科學的了解，坦然的面對；一方面潛心科研，為人民群眾的生活、生產安全不斷探索水庫誘發地震奧秘及評價方法。

我國改革開放以來，社會經濟快速發展，能源和水資源的供需矛盾日漸突出。基于我國水力資源豐富，且水電屬無污染的能源，因此大力開展水電資源已成為國家能源建設的重要發展方向。截止2003年底，我國已建成各類水庫85，153座，總庫容約6000億立方米，其中大一型水庫100余座，大二型水庫300余座。已有近30多座大型水庫相繼發生了水庫誘發地震，其中，已建成的壩高大于100米的水庫中每三座水庫就有一座水庫發震。

由于水庫誘發地震震源淺，地震的地面效應比較強烈、明顯。3級左右地震即可造成強烈的社會影響和一定的經濟損失；4～5級地震的地表最高烈度可達Ⅶ度，造成人員傷亡；6級地震可達Ⅷ度強。由于各種原因，已建成的水庫中病險水庫達30，400多座，且很多水庫區和下游人口密集，分布著大量的城鎮和工業區。因此，一旦發生破壞性地震，所造成的災害將相當嚴重，特別是有一些水庫就位于潛在地震危險區內，水庫誘發地震并造成嚴重生命財產損失的可能性更高。

近幾年來我國水電工程建設項目逐步移入水力資源豐富，但地震活動較強的西部高山峽谷地區，如進行“三江并流”源頭的水電階梯開發項目。這一帶地處我國最著名的南北地震帶上，存在著長度在100km以上、年位移在1-4mm以上的大規模活動斷層15條，是我國的主要地震頻發區，地震震級高，破壞性地震間隔時間短，有記錄歷史以來共發生8級地震3次，7級地震41次，6級地震174次；在西南地區的大部分水庫就位于天然構造地震烈度8度以上的地區，水庫誘發地震問題將顯得更為突出。

對于水庫誘發地震問題，采取什么樣的防震減災戰略措施，自然已成為工程界、地震界乃至社會各界關心與探索的問題。水庫地震危險性評價是根據水庫建設的需要而發展起來的一項預測技術。在20世紀八十年代以前，一般是當水庫蓄水后出現地震活動，才作為補救措施和臨時性任務，進行水庫地震的監測與研究，對水庫地震危險性作出快速評價，給出可能發震的震級上限及相對應的可能發震地段，以及壩址區烈度值或最大加速度值，解決工程所急需的抗震加固的基本參數要求。但往往因缺少大量的地質、地震等基礎性數據的支持，研究水平和預測結果受到一定的影響。從八十年代開始，國家雖然將水庫地震危險性評價納入到水利水電工程地質勘察規范之中，在水庫初步設計階段除了應對水庫庫區工程場地地震危險性作出評價外，還必須專門針對水庫誘發地震危險性作出評價。

這是一個水庫地震研究中的經典案例，將其潛在的社會效益和價值體現的淋漓盡致。類似于這種社會效益的探索與評測也始終貫穿在馬文濤的科學研究當中，從1982年起參加的浙江省湖南鎮水庫、貴州省烏江渡水庫、湖南省東江水庫、長江三峽地區等的野外地震觀測任務，近年來主持開展的紫坪鋪水庫、長江三峽水庫和貴州省董菁水庫等的誘發地震的實踐活動中，馬文濤和奮斗在水庫地震科研第一線的同仁們一起，為構筑中國水庫地震防震減災的防護網作出了艱苦卓絕的努力，并積累了寶貴的高精度數字地震資料。

在實踐活動中，馬文濤為配合典型水庫誘發地震危險性評定技術及預警技術研究（“十一五”國家科技支撐計劃課題2008BAC38B04）工作，增設了紫坪鋪水庫地震加密臺站（6個臺站，2008年12月到2010年9月）、長江三峽水庫地震加密臺站工作（30個臺站，2009年3月到現在），取得了汶川地震和長江三峽水庫地震的新資料，發現汶川8級地震的初始破裂深度在6～9公里之間，與紫坪鋪水庫水位變化存在著一定的相關關系，為研究汶川地震成因打下了一個很好的物質基礎；分析了長江三峽水庫誘發地震成因，新發現在巴東北岸神龍溪兩岸存在著的三條線性地震分布在碳酸鹽背斜軸部，走向東西向，與地層走向一致，屬于水庫蓄水后庫水沿地下暗河滲漏而引起的水庫地震。

2010年1月17日，貴州省董菁水庫庫區曾經發生Ms3.4級水庫地震，引起巖崩、滾石和山體滑坡，造成6人死亡、9人受傷的重大災害。為研究貴州省董菁水庫誘發地震活動特征，了解庫區地震的構造背景，探討水庫誘發地震的機理、孕震環境和動力學過程，評定董菁水庫地震危險性程度，解決董菁水庫最高震級和發震地段問題，馬文濤副研究員同中國水電顧問集團貴陽勘測設計研究院合作，于2011年9月在董菁水庫原有庫區地震臺網10個短周期數字地震臺站的基礎之上，新增設了10個短周期數字地震臺站，使得董菁水庫庫區地震臺站之間的最小臺距達到3～4公里。2011年10月3日在庫區記錄到Ms2.6級地震，2011年11月6日發生了Ms3.9級水庫地震，正好處在董菁水庫地震加密臺網網內。原外圍地震臺站交匯這次Ms3.9級水庫地震震中在董菁水庫大壩（以南）下游3公里處，而從地震加密臺網記錄得到的波形初步判斷，Ms3.9級水庫地震震中應該在北盤江與打幫河交匯處董崗附近，這兩點的平面距離相差了8公里左右，而從地表滑坡、巖崩和地表震動感覺也支持加密臺網所得到的結果，說明在水庫區使用小臺距地震臺網能夠最有效地提高地震定位精度。

正是抱著追求真理的科學夢想，馬文濤始終奮戰在他熱愛的科研事業上，積極實踐，踏實進取，不斷地將跋山涉水中換來的真知灼見轉化成防震減災的“妙藥良方”。

深入探索研究，創新水庫誘發地震的評價方法

馬文濤副研究員介紹，從1960年代起，中國地震局地質研究所就一直從事水庫誘發地震的觀測與研究工作，牽頭負責或參加過浙江湖南鎮水庫、貴州烏江渡水庫、湖南東江水庫等誘發地震野外觀測與研究，形成了水庫誘發地震的研究團隊，在水庫誘發地震方面積累了豐富的成果與經驗，提出水庫誘發地震與水庫規模、構造條件、巖性條件、滲漏條件、應力條件和天然地震背景等因素有關，其研究技術與成果在我國水庫地震觀測與危險性評價方面得到了實際應用，承擔過我國已建、在建或正在設計的大多數大型水庫工程場地地震安全性評價和水庫誘發地震危險性評價工作，使科學研究和實踐緊密結合。作為國家“七五”攻關專題“長江三峽水庫誘發地震研究”主持單位，開展了長江三峽水庫科學論證工作。為長江三峽水庫、浙江省湖南鎮水庫、貴州省烏江渡水庫、湖南省東江水庫等工程建設提供了準確的水庫誘發地震預測意見，取得了很好的社會效應和減災效應。此外，中國地震局地質研究所經多年研究還積累了相當一批全國水庫誘發地震和世界水庫誘發地震相關的數據，主持編制完成了《水庫誘發地震危險性評價》國家標準（GB21075-2007）。

在大量的實踐科研中，馬文濤副研究員通過研究水庫誘發地震機理，發現水庫地震的誘發因素特點與水的性質有關。水作為液體，它本身具有重量、不可壓縮性、可溶性和流動性等多種物理化學特性。水庫蓄水時，導致庫水位變化形成一定大小的勢能差，將水加載、卸載和通過孔隙、裂隙注入到地殼巖石之中，作為附加應力和孔隙壓力及化學劑，改變了巖石應力狀態、斷裂泥和斷裂面力學性質，導致斷層由穩定狀態向失穩狀態轉換，地殼發生脆性變形，引發地震，其過程可以簡單地用庫侖剪切破裂準則來加以描述。

只有源于實踐的科研理論才是經得住考驗的理論。馬文濤副研究員和同事們一起，通過對12座上世紀90年代以來水庫誘發地震新震例的現場地質調查和分析，極大地豐富了水庫誘發地震數據庫；使用我國大型水庫532座、全世界140座水庫誘發地震震例資料，對灰色聚類法中的水庫地震預測指標進行了修訂，形成水庫誘發地震危險性綜合評定技術，使得水庫誘發地震危險性評定方法更具合理性、科學性和可操作性，并對長江三峽水庫、新豐江水庫和龍灘水庫的不同構造部位的水庫誘發地震危險性進行了評價。

科研的創新源于厚重的積淀，馬文濤副研究員認為水庫誘發地震屬于人類工程活動相關所引發的地震，它與天然地震相比較有較大的區別，在地震分布空間、發震時間、最高震級、地震震源特征、庫水滲透的巖性條件和構造條件的水文地質條件、其它類型地震等方面都存在著一些特點，成為綜合辨別水庫誘發地震鑒別的方法。另外，在震源機制分析和地震分類方面，馬文濤副研究員有獨特的見解，他把震源機制用三角圖示法直觀劃分成一、二級地震類型，這就把地震學中的矩張量、斷裂力學中的九種錯動方式與構造地質學中的正斷層、逆斷層和走滑斷層等復雜斷層錯動類型結合起來，修定了地震矩張量分解成迪卡爾坐標四種基本分量中沒有正斷層機制的物理解釋，這對于判斷地震震源錯動復雜類型是一個非常好手段和途經。

好的科研方法和理論才是產生切切實實社會效益的寶貴財富，馬文濤副研究員正是抱著這樣的科研理念，將全部的智慧和精力都奉獻給了這個事業，他為了一方的安寧，始終無悔地堅守在這里。

結語

采訪的最后，馬文濤說到，水庫地震研究涉及到很多產業的問題，水利建設從能源和資源兩方面來講，必須要建，但要怎么建是一個科學的問題，所引起的地質災害要引起足夠的重視，不要談虎色變，也不要忽略不理，要把好的一方面發揮到極致，壞的一方面要減少到最小。

水庫地震的危害及可能發生的次生災害牽涉到許多當地居民，現實中，造成危害后往往形成受害者與水利部門的對立，破壞當地社會和諧。因水庫蓄水只是將集中在巖石中的應力和能量誘發出來，水利部門也喊冤。為此，馬文濤建議，國家應該出臺一個政策，用保險或者基金來解決責任賠償問題，水利修建水庫的時候拿出一小部分錢建立基金或上保險，發生災害后就有一個較好的解決辦法。這樣的話，一方面能夠保障受害者的利益，另一方面，對相關產業的發展有好處，再則，作為水庫地震的科學研究工作也容易開展。