從水庫(kù)誘發(fā)地震的巨大風(fēng)險(xiǎn)看怒江水電開(kāi)發(fā)

范曉，畢業(yè)于成都理工大學(xué)水文地質(zhì)工程地質(zhì)專業(yè)，地質(zhì)學(xué)教授級(jí)高級(jí)工程師，曾任四川省地礦局區(qū)域地質(zhì)調(diào)查隊(duì)總工程師。在中國(guó)西部從事地質(zhì)調(diào)查與研究四十年，近年來(lái)主要研究方向?yàn)榈刭|(zhì)遺產(chǎn)、地質(zhì)環(huán)境與生態(tài)環(huán)境的保護(hù)。

水庫(kù)為什么會(huì)誘發(fā)地震

水庫(kù)能誘發(fā)地震，這并不是一個(gè)神話，而是隨著人類建造大型水庫(kù)，逐漸被認(rèn)識(shí)的科學(xué)事實(shí)。最早在1931年，人們發(fā)現(xiàn)了希臘馬拉松（Marathon）水庫(kù)的誘發(fā)地震。而在20世紀(jì)60年代，先后發(fā)生了四次被業(yè)界公認(rèn)的由水庫(kù)誘發(fā)的6級(jí)以上的強(qiáng)烈地震：1962年3月19日，中國(guó)廣東新豐江，6.1級(jí);1963年9月23日，贊比亞卡里巴（Kariba），6.1級(jí);1966年2月5日，希臘科列馬斯塔（Kremasta），6.3級(jí);1967年12月10日，印度科因納（Koyna），6.5級(jí)。與此同時(shí)，在美國(guó)丹佛地區(qū)，又發(fā)現(xiàn)了深井注水誘發(fā)地震的現(xiàn)象，證明了水的滲透與壓力對(duì)地震的影響，這使水庫(kù)誘發(fā)地震引起了科學(xué)界的高度關(guān)注。

目前，人們認(rèn)為水庫(kù)誘發(fā)地震的主要原因有兩個(gè)方面：水庫(kù)蓄水后對(duì)庫(kù)底斷層附加的重荷壓力，打破了斷層受力狀況原有的平衡;滲入充填到庫(kù)底巖體裂隙中的水，會(huì)產(chǎn)生附加的孔隙水壓力，同時(shí)水的滲透、浸泡和孔隙水壓力軟化了巖石，對(duì)斷層面起到潤(rùn)滑作用，使巖體更容易破裂，破裂也更容易擴(kuò)展。而地震，就是地下的巖石沿?cái)鄬悠屏讯l(fā)生的震動(dòng)。

因此，水庫(kù)誘發(fā)地震需要具備的條件是：水庫(kù)位于活動(dòng)性的地震斷層上，而且水壩足夠高即水深足夠大，水庫(kù)的蓄水量也足夠大，這樣，水庫(kù)就可以通過(guò)水的靜壓力以及水沿?cái)嗔严聺B的孔隙壓力，對(duì)地震斷層產(chǎn)生足夠的影響。而水庫(kù)誘發(fā)地震，就是地震發(fā)生的時(shí)間、空間、頻度以及震級(jí)，都受到水庫(kù)蓄水活動(dòng)的影響。

一般來(lái)說(shuō)，水壩越高（即庫(kù)水越深）、水庫(kù)蓄水量越大，越容易誘發(fā)地震。有資料稱，世界上壩高超過(guò)200米的水庫(kù)，誘發(fā)地震的比率為34%;中國(guó)壩高在100米以上，庫(kù)容在100億立方米以上的水庫(kù)，發(fā)震比例為30%左右。但這些統(tǒng)計(jì)是在許多庫(kù)區(qū)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)不完備的情況下作出的。

2004年，中國(guó)國(guó)務(wù)院頒布了《地震監(jiān)測(cè)管理?xiàng)l例》，要求壩高100米以上、庫(kù)容5億立方米以上、且可能誘發(fā)5級(jí)以上地震的水庫(kù)，都必須建立專用地震監(jiān)測(cè)臺(tái)網(wǎng)。近年來(lái)的大量觀測(cè)數(shù)據(jù)表明，中國(guó)這些大型水庫(kù)誘發(fā)地震的比率為100%。所以對(duì)高壩大庫(kù)來(lái)說(shuō)，實(shí)際上不是誘不誘發(fā)地震的問(wèn)題，而是誘不誘發(fā)破壞性強(qiáng)震或巨震的問(wèn)題。

2008年6月，汶川地震以后的岷江紫坪鋪水庫(kù)。

值得注意的是，從中國(guó)新豐江、贊比亞卡里巴、希臘科列馬斯塔、印度科因納這四個(gè)案例來(lái)看，在水庫(kù)誘發(fā)地震以前，根據(jù)歷史記錄，它們都被認(rèn)為是弱震區(qū)或少震區(qū)，而結(jié)果是，水庫(kù)誘發(fā)了遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)當(dāng)?shù)貧v史記錄最大震級(jí)的強(qiáng)烈地震。

專家們把這種在歷史記錄中首次出現(xiàn)的強(qiáng)震或巨震，稱為首發(fā)強(qiáng)震或首發(fā)巨震，上述的水庫(kù)誘發(fā)6級(jí)以上強(qiáng)震的案例，包括下文將要談到的汶川大地震，都具有典型的“首發(fā)”特征。因此，水庫(kù)誘發(fā)地震往往可能存在人們難以預(yù)料的、巨大的潛在風(fēng)險(xiǎn)。

最近十余年來(lái)，中國(guó)西部的水電大開(kāi)發(fā)主要集中在青藏高原東緣的高山峽谷區(qū)，以及青藏高原向云貴高原、四川盆地過(guò)渡的地形階梯上，主要分布于長(zhǎng)江上游及其主要支流以及瀾滄江、怒江等河流。從地質(zhì)構(gòu)造來(lái)說(shuō)，這些區(qū)域處在青藏高原東緣一系列大的斷裂帶上，地殼的抬升十分強(qiáng)烈，因此也構(gòu)成了中國(guó)西部地震活動(dòng)十分頻繁的地震帶。由于這里地形陡峭、河流落差大，水力資源也極為豐富，因此按全江全流梯級(jí)開(kāi)發(fā)的模式，建立了許多以高壩大庫(kù)為特征的大型甚至巨型水電站，無(wú)論是在區(qū)域的地震活動(dòng)背景上，還是在水庫(kù)以及水庫(kù)群的規(guī)模上，它們都遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了之前的水庫(kù)誘發(fā)地震案例所具備的條件。而事實(shí)上，在中國(guó)西部已經(jīng)建成大型電站水庫(kù)的地區(qū)，的確也出現(xiàn)了許多不尋常的水庫(kù)誘發(fā)地震的事件。

岷江的紫坪鋪水庫(kù)與汶川地震

由于紫坪鋪水庫(kù)正好位于龍門(mén)山主中央斷裂帶上，同時(shí)又是壩高156米，總庫(kù)容11.26億立方米的大庫(kù)，而且汶川8級(jí)地震震中就在庫(kù)區(qū)范圍內(nèi)，地震發(fā)生于紫坪鋪水庫(kù)蓄水三年多之后，因此，紫坪鋪水庫(kù)是否誘發(fā)了汶川地震，成為了媒體關(guān)注的熱點(diǎn)以及地震科學(xué)界研究的前沿課題。汶川地震以后，根據(jù)中國(guó)地震界諸多學(xué)者的研究及目前已公開(kāi)發(fā)表的數(shù)十篇文獻(xiàn)，至少?gòu)囊韵聨追矫孀C明汶川地震與紫坪鋪水庫(kù)的蓄水活動(dòng)有十分密切的關(guān)系：

汶川地震的震源深度只有6至9千米，并且就在水庫(kù)西南側(cè)的垂直于八角地震觀測(cè)臺(tái)的地下發(fā)生，此外，紫坪鋪水庫(kù)蓄水之后到汶川地震之前，庫(kù)區(qū)因蓄水誘發(fā)的1500多次小震也集中于上述深度范圍內(nèi)，顯示了巖石破裂與擴(kuò)展的繼承關(guān)系;

根據(jù)地震觀測(cè)以及對(duì)同震地表破裂帶的調(diào)查，表明汶川地震的震源也恰好在通過(guò)紫坪鋪水庫(kù)的水磨-廟子坪斷裂帶上;

紫坪鋪水庫(kù)在初始蓄水過(guò)程中，通過(guò)快速大幅度地提高水位，達(dá)到正常高水位，爾后又以大約7.4億立方米（即7.4億噸）的加載量或卸載量，反復(fù)進(jìn)行蓄水和排水的例行運(yùn)營(yíng)，從而給斷層施加了重大的力學(xué)影響，這一影響，通過(guò)對(duì)斷層所受水庫(kù)附加力的數(shù)學(xué)計(jì)算也得到證實(shí);

紫坪鋪水庫(kù)蓄水以后，庫(kù)區(qū)的地震活動(dòng)顯著增強(qiáng)，圍繞水庫(kù)形成了三個(gè)密集小震區(qū)，地震能量釋放成倍增加，每次能量釋放的加速都與水庫(kù)的水位變化密切相關(guān)，并且在8級(jí)地震之前形成一個(gè)逐漸加速釋放的過(guò)程;

汶川地震前，觀測(cè)到為數(shù)不多的地殼形變、地下流體、地電地磁的異常，大部分都與紫坪鋪水庫(kù)的水位變化出現(xiàn)時(shí)間上的“巧合”。

紫坪鋪水庫(kù)提供了一個(gè)以前不曾有過(guò)的、將高壩大庫(kù)建造在具有強(qiáng)烈地震活動(dòng)背景的斷裂帶上的案例;同時(shí)它還對(duì)傳統(tǒng)的水庫(kù)誘發(fā)地震的認(rèn)識(shí)提出了巨大挑戰(zhàn)，即：水庫(kù)蓄水僅僅是對(duì)天然狀態(tài)下應(yīng)力積累已接近臨界點(diǎn)的斷層破裂起到觸發(fā)作用，還是對(duì)斷層的破裂與發(fā)展具有主動(dòng)推進(jìn)作用？

金沙江的溪洛渡-向家壩水庫(kù)與地震

向家壩與溪洛渡水庫(kù)是建立在金沙江下游宜賓至雷波間的兩座高壩大庫(kù)，二者首尾相連，其壩高、庫(kù)容分別為：162米，49.8億立方米;285.5米，115.7億立方米。向家壩與溪洛渡水庫(kù)分別于2012年10月與2013年5月下閘蓄水，并分別于2013年9月與2014年9月達(dá)到正常高水位。

向家壩與溪洛渡水庫(kù)所在的金沙江河谷，基本上沿著北東與北西兩個(gè)走向的斷裂帶發(fā)育，所在區(qū)域歷史上地震活躍，并曾發(fā)生7級(jí)以上的強(qiáng)烈地震。但與歷史比較，水庫(kù)蓄水以后地震活動(dòng)有顯著變化。從2012年10月開(kāi)始，隨著向家壩與溪洛渡水庫(kù)水位的快速大幅度上升，水庫(kù)庫(kù)區(qū)及其兩側(cè)的地震活動(dòng)似乎被全面激活?！?級(jí)的地震不僅在這個(gè)區(qū)域廣泛出現(xiàn)，地震月頻次達(dá)到一個(gè)較高水平，而且出現(xiàn)了4個(gè)地震非常密集的震群，它們是：位于向家壩水庫(kù)庫(kù)尾的綏江-馬邊震群、位于溪洛渡大壩附近的雷波-永善震群、位于溪洛渡水庫(kù)庫(kù)尾東南側(cè)的魯?shù)?巧家震群、位于溪洛渡水庫(kù)南側(cè)的彝良震群。

上述的綏江-馬邊震群、雷波-永善震群，從時(shí)間與空間看，都是因水庫(kù)蓄水而誘發(fā)的快速響應(yīng)地震，尤其值得注意的是，2014年的4月5日與8月17日，在溪洛渡水庫(kù)大壩附近，分別發(fā)生了5.3級(jí)與5.0級(jí)兩次中強(qiáng)震，也被認(rèn)為與水庫(kù)直接有關(guān)。由于水庫(kù)蓄水以后誘發(fā)了大量小震，導(dǎo)致庫(kù)區(qū)民房出現(xiàn)較多的震損。

魯?shù)?巧家震群、彝良震群，是水庫(kù)蓄水以前便已存在的天然地震，但水庫(kù)蓄水以后，彝良震群的地震有明顯的向外擴(kuò)展遷移的趨勢(shì);魯?shù)?巧家震群的地震則向牛欄江和溪洛渡水庫(kù)方向擴(kuò)散遷移。2014年8月3日發(fā)生的魯?shù)?.5級(jí)地震，雖然震中距溪洛渡水庫(kù)約28千米，但由于魯?shù)?.5級(jí)地震發(fā)生在魯?shù)?巧家震群因溪洛渡水庫(kù)蓄水而向庫(kù)區(qū)擴(kuò)散遷移的過(guò)程中，而且魯?shù)榈牡卣饠鄬优c庫(kù)區(qū)的金沙江斷層相貫通，因此也不能完全排除魯?shù)榈卣鹋c溪洛渡水庫(kù)的關(guān)聯(lián)。

雅礱江的錦屏一級(jí)水庫(kù)與地震

錦屏一級(jí)電站水庫(kù)位于四川木里、鹽源境內(nèi)的雅礱江大拐彎處，同時(shí)又是罕見(jiàn)的高壩大庫(kù)，被稱為世界第一的雙曲拱壩高305米，庫(kù)容77.7億立方米，2012年10月開(kāi)始蓄水，2014年8月蓄水至正常高水位。2013年7月，蓄水過(guò)程中當(dāng)水位漲幅達(dá)到148米以后，庫(kù)區(qū)的地震出現(xiàn)爆發(fā)式增長(zhǎng)。

根據(jù)對(duì)庫(kù)區(qū)及周?chē)貐^(qū)2012年1月1日至2013年11月30日地震統(tǒng)計(jì)，共發(fā)生≥2級(jí)的地震322次，全部發(fā)生在水庫(kù)蓄水以后，在2013年7月之前僅有1次，但從2013年7月開(kāi)始，地震的月頻次逐月增加：7月18次，8月29次，9月60次，10月105次，11月111次，地震日頻次最高的11月14日，一天達(dá)到16次，并在11月22日出現(xiàn)了4.3級(jí)、4.6級(jí)、3.9級(jí)三次中強(qiáng)地震。而從2013年7月至2014年7月，共發(fā)生≥2級(jí)的地震742次。引人注目的是，這些地震的震中在錦屏一級(jí)水庫(kù)大壩附近即東經(jīng)101.40°，北緯27.95°的位置上高度集中，而且正好位于錦屏山-小金河弧形斷裂帶上。這個(gè)震群目前還在持續(xù)活躍中。

瀾滄江的糥扎渡水庫(kù)與地震

2014年10月7日，位于云南瀾滄江左岸的景谷縣境內(nèi)發(fā)生6.6級(jí)地震，震中離糯扎渡電站水庫(kù)的直線距離僅37.5公里。糯扎渡水庫(kù)是瀾滄江梯級(jí)電站中規(guī)模最大的控制性水庫(kù)，壩高261.5米，總庫(kù)容237.03億立方米，蓄水量約相當(dāng)于16個(gè)滇池。糯扎渡水庫(kù)2011年11月開(kāi)始蓄水，2013年10月蓄水至正常高水位，歷時(shí)僅一年零十一個(gè)月，水位累計(jì)升幅高達(dá)201.67米。糯扎渡水庫(kù)庫(kù)區(qū)以及兩岸的景谷、思茅、瀾滄、雙江、臨滄等縣，有多條活動(dòng)性斷裂帶通過(guò)，屬于滇西南著名的耿馬-瀾滄、普洱-勐臘強(qiáng)震帶，歷史上多次發(fā)生6級(jí)或7級(jí)以上的強(qiáng)震。

根據(jù)糯扎渡庫(kù)區(qū)地震臺(tái)網(wǎng)對(duì)0.0級(jí)至3.9級(jí)地震的觀測(cè)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，水庫(kù)蓄水前的2010年1月至2011年11月，地震月頻次為370次，而水庫(kù)蓄水后2011年12月至2012年4月，地震月頻次增加到589次，顯示水庫(kù)蓄水后地震活動(dòng)有明顯增加。但景谷地震與糯扎渡水庫(kù)的關(guān)系還需進(jìn)一步研究。

需要強(qiáng)調(diào)的是，盡管上面列舉的向家壩、溪洛渡、錦屏一級(jí)等水庫(kù)在蓄水后都出現(xiàn)了十分顯著的誘發(fā)地震，但由于水庫(kù)誘發(fā)地震的主震，往往發(fā)生在有足夠時(shí)間讓庫(kù)水沿?cái)嗔哑扑閹蛏畈繚B透之后，即它通常發(fā)生在水庫(kù)蓄水到正常高水位之后的若干年。因此這些高壩大庫(kù)在今后的若干年，是否會(huì)誘發(fā)破壞性強(qiáng)震或巨震，才是最值得高度重視的問(wèn)題。

怒江水電開(kāi)發(fā)面臨的水庫(kù)誘發(fā)地震風(fēng)險(xiǎn)

怒江在地質(zhì)構(gòu)造上屬印度板塊東北的突出角與歐亞板塊的碰撞接合部位，由于兩大板塊的強(qiáng)烈擠壓，在這里形成密集的斷裂帶，怒江、瀾滄江、金沙江等大江都在這里沿著斷裂帶沖刷侵蝕形成深切的峽谷，并形成了峽谷緊密排列的“三江并流”的自然奇觀。

怒江在中國(guó)境內(nèi)流經(jīng)西藏自治區(qū)和云南省，由上游往下游可分為三段不同地貌單元：一、怒江源頭至嘉玉橋的高原寬谷盆地，海拔多在4000米以上，此段怒江被稱為那曲;二、嘉玉橋至瀘水橋的橫斷山高山峽谷;三、瀘水橋以下為中低山寬谷。后面兩個(gè)單元都包含在怒江水電開(kāi)發(fā)的規(guī)劃之中，而且所規(guī)劃的電站多是易于誘發(fā)地震的高壩大庫(kù)。

怒江所在區(qū)域的地殼運(yùn)動(dòng)十分活躍，在怒江兩岸可以觀察到高出現(xiàn)代河床達(dá)300米左右的古河床堆積階地，根據(jù)對(duì)階地沉積物的年齡測(cè)量，可以計(jì)算出云南省境內(nèi)怒江河段地殼的平均抬升速率最大可以到每年2毫米以上。在怒江的橫斷山高山峽谷段，兩岸的山嶺海拔在4000至5000米以上，河谷的深度可達(dá)2000至3000米以上，地形十分陡峭，巖崩、滑坡、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害十分嚴(yán)重。在這里，怒江河谷近乎于一條直線，被夾峙在伯舒拉嶺-高黎貢山和他念他翁山-怒山-碧羅雪山之間，怒江河谷幾乎就是沿著著名的怒江大斷裂形成的，這是一條現(xiàn)今仍在強(qiáng)烈活動(dòng)的斷裂帶，它也構(gòu)成了中國(guó)最重要的地震區(qū)之一的滇西南地震區(qū)。

在橫斷山區(qū)近于南北走向的怒江大斷裂，進(jìn)入保山、龍陵附近的寬谷區(qū)后，轉(zhuǎn)變成一系列東北走向的斷裂，地震活動(dòng)也更為強(qiáng)烈。僅以怒江以西的滇西地區(qū)為例，據(jù)1512年至1976年的464年間的記載統(tǒng)計(jì)，共發(fā)生6級(jí)以上地震15次，平均30.9年發(fā)生一次6級(jí)以上地震。最近的強(qiáng)震有，1976年龍陵-梁河的7.4級(jí)地震，2011年盈江的5.8級(jí)地震。

一方面，地震活動(dòng)及其引發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害，會(huì)給高山峽谷中的大型水庫(kù)群帶來(lái)很大的安全隱患和次生災(zāi)害鏈的威脅;另一方面，在怒江的活動(dòng)斷層上建筑大型水庫(kù)，更容易誘發(fā)地震，從而使相關(guān)災(zāi)害加劇和擴(kuò)大。

值得注意的是，怒江斷裂帶無(wú)論是橫斷山區(qū)的近南北走向段，還是在保山、龍陵附近的東北走向段，都具有沿順時(shí)針?lè)较蚱叫泻庸然瑒?dòng)的特點(diǎn)，這對(duì)垂直于河谷走向也即斷裂走向的水庫(kù)大壩的穩(wěn)定，將產(chǎn)生嚴(yán)重影響。

迄今為止公眾能看到的有關(guān)怒江水電開(kāi)發(fā)的規(guī)劃報(bào)告中，并未提到怒江斷裂帶活動(dòng)的觀測(cè)數(shù)據(jù)以及它對(duì)梯級(jí)大壩的影響，對(duì)水庫(kù)蓄水后誘發(fā)地震的潛在危險(xiǎn)也未作出充分評(píng)估，即使僅就這一潛在危險(xiǎn)來(lái)看，對(duì)怒江水電開(kāi)發(fā)也需要持非常慎重的態(tài)度，一旦水庫(kù)誘發(fā)破壞性的強(qiáng)震甚至巨震，其損失和代價(jià)將難以估計(jì)，也是水電開(kāi)發(fā)所獲得的利益無(wú)法去彌補(bǔ)的。