三峽水庫誘發地震的成功預測及新的認識

摘要：2013年12月16日在三峽庫區發生有史以來最大的一次水庫誘發破壞性地震（5.1級，震源深度5000米，震中區破壞烈度達到8度），該地震位于先期確定的潛在震源區內，這是一次水庫誘發地震成功預測的先例。本文重點描述了水庫誘發地震所具有突出特點，即水誘發地震的強度和頻度均高于當地天然地震的正常水平。世界上已經發生的四次6級以上破壞性地震無一例外都發生在歷史地震活動的空白區。

關鍵詞：水庫誘發地震；三峽庫區；預報

一、引言

自三峽工程蓄水以來，庫區誘發上萬次水庫地震。2013年12月16日在三峽庫區發生有史以來最大的一次破壞性地震，震級5.1，震源深度5000米，震中區破壞烈度達到8度，導致庫區大量人員受傷和房屋損毀，震中位于北緯31.1度，東經110.4度（湖北巴東縣移民遷建新址）。這次地震位于我們長期研究預期中的潛在震源區內，再次證明水庫誘發地震的強度和頻度均高于當地天然地震的正常水平，這是一種新的認識。

人類的文明發展與治水的關系密不可分。所謂上善若水，治國之要重在治水，只有河清海晏，人民才能安居樂業天下太平。據典籍《禹貢》記載，我國早在公元前2100年大禹治水，禹別九州，隨山濬川，任土作貢，導水注海，則水害既除，地復本生。夏禹一改其父鯀以“堵”為主的治水方略，“疏”水成功，堯帝溢美其績。禹年七十四，舜始薦之于天，薦后十二年始使禹代攝行天子事。

世界治水史上，考古發現過公元8000年前美索不達米亞以東Zagros地區人類修建灌渠的遺跡。公元6500年以前。底格里斯河與幼發拉底河下游草原上蘇美爾人建起過縱橫交錯的灌溉網絡。至今發現最早的水壩位于約旦境內Jawa古城供水水源地，它是由10個土石圈起來的小型水庫，水壩最大者有4米多高，80多米長。19世紀正在迅速工業化的西方國家建起了幾百座壩高15米以上的土石壩，這些大壩的設計基本上沒有什么科學的依據，質量和功能都沒有保障，所以水壩坍塌的事故頻仍。美國在1930年之前建成的土石壩有1/10是失敗的，1889年賓夕法尼亞州的Johnstown上游的一座水壩坍塌，由此造成2200人死于此次災難。直到1932年阿爾及利亞的Quedd Fodda大壩建成，人們首次觀測到水庫蓄水后庫容的變化和地震活動之間的密切關系。20世紀50～60年代，隨著壩工技術的發展，水壩越建越多，庫容越來越大，水壩越來越高。誰也不曾想到，正在人們歡呼高壩大庫肯定是世界奇觀的時候，由衷贊嘆“那延伸開來的鋼筋混凝土峭壁，那力大無比的起卸機、迷宮般的隧道、巨型的水電站”，以及有關大壩迷人而秀麗的景色的時候，連續四次強烈地震的搖動，使得科技界和工程界突然發現，水庫可能誘發地震的發生。近40年來，世界上已經有120多例水庫誘發的地震震例，對水庫誘發地震的研究也已經有了較為深刻的認識。但是，自三峽工程一期蓄水實現以來，針對水庫誘發地震的評價不時見諸如媒介，甚至在高層權威部門和歷史性文獻中，不斷傳達出“三峽庫區蓄水誘發地震問題已經作了充分論證，認為并不會引發地震”，但論述中又表示“三峽水庫下閘蓄水后，有可能誘發地震……，上限震級應該在5.5級左右”。此類相互矛盾的描述，如果只是在學術范圍內或對水庫地震不太了解的群體中，是可以理解的，但出現在高層決策部門或行業系統，這是令人費解的，至少說明相關職能部門的某些失誤和真正專家意見的缺失。故有必要對水庫誘發地震的某些突出特點進行總結和描述。

二、水庫誘發地震的強度和頻度均高于當地天然地震的正常水平：

地震學和地質學現在尚不能全面了解水庫誘發地震的全部過程，更不可能準確預報哪一個水壩會誘發地震或多大的地震。然而，截止目前為止已經積累有120多座水庫的誘發地震的震例，這些震例中有4例誘發的地震震級超過6級。強烈的地震奪去了許多人的生命并造成了嚴重的建筑與結構的破壞。鑒于這一現象在社會經濟上的重要性，聯合國教科文組織早在1970年就成立了一個“Seismic phenomena Associated with Large Reservois”（與大型水庫有關地震現象）的工作小組，該小組在對當時所了解的30處大壩進行分析的基礎上，得出了幾點共識：

1）這些水庫約有一半在蓄水或蓄水以后發生地震；

2）這些水庫誘發的地震頻度和強度均高于當地正常水平；

3）地震的震中位置都在水庫區附近。

40多年來水庫誘發地震的震例證明，上述結論性認識是客觀的和正確的，特別是“水庫誘發的地震頻度和強度均高于當地正常水平”的認識，據世界上已經發生的四次水庫誘發地震震級均超過6級以上，其發生地點都在歷史上的無震區、少震區或弱震區。根據我們已經統計的世界上132例水庫誘發地震，位于無震區、少震區或弱震區的水庫誘發地震約占74%，這是值得我們深思和研究的。

（1） 1962年3月19日，中國新豐江大壩東北約1公里處發生Ms 6.1級強烈地震

此次地震損失嚴重，有69人死傷，倒塌和損毀房屋2萬余間。當時河源皮革加工廠門前的一尊石獅（高1.9m，長0.67m，寬0.49m）逆時針發生11°的扭轉，東江和新豐江河流階地上出現大量雁列式地震縫。大壩雖為混凝土單支墩式大頭壩，左右兩岸由重力壩與壩肩相連。又因1960年7月18日大壩附近發生過4.3級信號地震而采取了緊急加固措施，大壩抗震設計烈度由Ⅵ度提高到Ⅷ度，但地震仍然導致右岸壩段（13～17號壩墩）108m高程上游面產生82m長的貫穿性水平裂縫，壩段間接縫止水處受損，大壩中部下游發電廠局部破損。

新豐江水庫地震的一個突出特點是，區內歷史上150公里范圍內從未有過破壞性地震的記錄，是一個典型的無震區或少震區。1934年以來距新豐江大壩65公里半徑范圍內只有4次地震，分別是1934年3月12日距大壩65公里處的博羅響水發生過Ⅴ度地震，1937年2月20日在河源縣城關（距大壩4公里）發生過Ⅴ度地震，1953年1月1日在河源茍排（距大棋6公里）發生過Ⅵ度地震，1959年秋在河源仙塘（距大壩16公里）發生過Ⅴ度地震。

（2） 1963年9月23日，贊比亞—津巴布韋交界處的卡里巴（Kariba）水庫誘發Ms6.1級強烈地震

卡里巴大壩為一雙曲拱壩，壩高128米，庫容1750×108m3。此次地震并未對大壩造成威脅，也未見傷亡和財產損失方面的報道。震前和震后都有許多地質工作者進行過調查，如邦德（Bond， 1953， 1960），希昌（Hitchon， 1958），尼爾和瓊斯（Knill， Jones， 1965），德賴斯代爾和韋勒（Drysdall and Weller， 1966），以及柯克帕特里克和羅伯遜（Kirkpatrick and Robertson， 1968）等。戈爾什科夫（Gorshkov， 1963）還編制過本地區的地震目錄。遺憾的是在卡里巴水庫蓄水之前（1958年12月）附近沒有地震觀測臺站，水庫荷載前缺乏地震動態方面的精確資料。但有一點是肯定的，即卡里巴地區一直被認為是一個無震區。

（3） 1966年2月5日，希臘的克雷馬斯塔（kremasta）水庫誘發Ms6.2級強烈地震

克雷巴斯塔水庫位于希臘半島西部，壩高165m，庫容47.5×108m3，最大水深120m。水庫于1965年7月21日開始蓄水，8月底開始誘發地震，11月至次年1月庫水水位迅速上升，地震活動漸次增強，1966年2月地震達到高峰，并于5日發生Ms6.2級地震，至年底共記錄到2580次地震。令人感到意外的是，主震的前震和余震都達到5.6級。此次地震震中位于大壩以此25公里湖之北端，地震導致1人死亡，60人受傷，倒塌或摧毀房屋1680間，同時還誘發了多起山崩和滑坡。

從大區域范圍內（87， 000平方公里）分析，克雷馬斯塔水庫位于有地震活動的地區，但大壩所在的庫區從1700～1965年間沒有任何值得重視的地震。1951～1965年期間，在大壩下游40公里處有地震活動，但從1821年直到水庫蓄水之前整個流域沒有明顯的地震活動，屬于大范圍地震活動區內的地震平靜區。

（4） 1967年12月10日，印度的科伊娜（Koyna）大壩發生Ms6.5級強烈地震

印度科伊那大壩形成巨大的希伐基薩加爾湖，庫容達27.80×108立方米，最大水深100米。大壩為混凝土重力壩，長853米，高103米。大壩于1962年開始蓄水。隨之帶有類似爆炸聲音的地震開始發生，特別是在大壩附近比較集中。1967年12月10日發生MS6.5級主震，致使200人喪生，1500多人受傷，科伊那納加爾地區成為一片廢墟，百分之八十以上的房屋全毀或不能居住。大壩及附屬工程受到不同程度的破壞，大壩18號石柱上吊機塔破壞，大壩壩孔上花磚運動向壩孔中心位移增大，24號石柱上控制室混凝土墻上水平錯斷，鋼梯彎曲，石柱上丁字梁混凝土表層剝落。高山巖體坍落，大量地裂縫雁列式排列。

科伊那大壩位于印度半島穩定的地盾上，在地質上是典型的穩定區，歷史上從未有地震的記錄。印度標準研究所（Indian Standards Institution）1962年編繪并于1966年修訂出版的印度地震區劃圖上是地震空白區。大壩蓄水6.5級主震發生后，在1969年至1974年間又突然連珠砲似在庫區發生4級以上地震29次。印度地震學家H·K·古普塔和B·K·拉斯托吉在1976年出版的《Dams and Earthquakes》一書中總結認為：科伊那大壩和希伐基薩加爾湖位于印度半島地盾上，過去認為該地不會有什么大的地震活動。然而，在科伊那地震以后，使我們聯想到，盡管半島地盾在地質上一向是穩定的，但完全排除發生這樣地震的可能性是錯誤的。

三、水庫誘發地震的統計

四、結論

本文通過對三峽庫區水庫誘發地震及全球水庫誘發地震的規律性研究，可以得到部分結論性的認識，這種認識既是理論研究的基礎又是工程抗震設防的依據，對澄清目前比較混亂的說法亦有裨益，故不揣淺陋示璞于眾，以為求教或以正視聽：

（1）水庫大壩所在地區和庫區水位淹沒區附近，已經誘發了5.1級水庫地震，該震級遠大于區內歷史上地震活動的水平和強度，國內外水庫誘發地震震例亦概莫能外，這一點十分重要。隨著三峽大壩工程的建成和我國西部、南部大規模水電工程的開展，水庫誘發地震及可能帶來的問題日趨顯現而突出，加強水庫誘發地震方面的研究迫在眉睫，時不我待；

（2）自三峽工程蓄水以來，峽區東段相繼密集發生過10000余次地震。2013年12月16日在三峽庫區發生有史以來最大的一次破壞性地震，震級5.1，震源深度5000米，導致庫區大量人員受傷和房屋損毀，震中位于北緯31.1度，東經110.4度（湖北巴東縣移民遷建新址）。這次地震位于我們長期研究預期中的潛在震源區內。

未來水庫誘發地震機理的研究，現在仍只局限于個人的研究和經驗總結，而國家層面的研究工作尚未開展。作者認為，無論從任何一個角度來看，三峽庫區水庫誘發地震的機理研究都是十分重要和急迫的科技課題。

參考文獻

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