三峽工程36計(八十九)

王維洛博士
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二、四川汶川512大地震的成因

二○○八年五月十二日,四川汶川發生八級地震(先前曾報規模七點六和七點八),震中烈度十一度。根據中國政府發佈的消息,此次地震造成近十萬人死亡,其中一萬九千餘名是正在學校上課、為倒塌的校舍所致死的學生。中國科學院研究生院地學院副院長、地球物理學博士魏東平認為,此次四川汶川大地震的原因是:「青藏高原不斷東移,處在印度板塊和歐亞板塊之間的中國大陸,長期受到兩大板塊的碰撞、擠壓,引發地震的力是一直存在的。地震學上有一個『彈性回跳理論』,當這種擠壓力到達一定限度,必然要釋放出來,地震是『加最後一根稻草』的結果,但這根稻草會在哪裏,誰也說不清楚。」

加拿大蒙特利爾大學工學院嵇少丞教授,如此描述龍門山大斷裂:
「印度大陸就像一架巨型的推土機,往北使勁地推,推起了青藏高原,當青藏高原增高到一定的高度 (七、八千米) 後再也推不動了,其下地殼的物質就被迫擠向東移,碰到了堅硬的四川盆地地殼,形成了北東走向拔地而起的龍門山。青藏高原和四川盆地的交接部位──龍門山破裂帶,注定是地震的高發區。強震和大地震往往發生在活動斷裂帶的轉彎處、兩組斷裂的交匯處,其中以隱伏逆斷層,尤為危險。這些構造部位積累應力高、或處於閉鎖的段落上,一旦應力超過岩石的破裂強度,地震就發生了。龍門山破裂帶內有三條主幹斷層,西邊一條叫龍門山後山斷裂,沿茂縣─汶川─臥龍一線;東邊一條叫龍門山前主邊界斷裂,沿安縣─都江堰─天全一線,中間那條叫龍門山主中央斷裂,沿北川─映秀一線。由於這次映秀鄉遭受的地震破壞,明顯比汶川縣城要大,我推測五月十二日的大地震,就發生在映秀附近的龍門山主中央斷裂上。一八○○年以來,龍門山前主邊界斷裂上,先後曾發生過四次中強地震,最大一次是一九七○年發生在大邑西邊的規模六點二地震。龍門山後山斷裂自一五九七年以來,共發生過十三次四級以上的地震,最大一次是一六五七年的汶川規模六點五地震,史書記載那次地震:『地震有聲,晝夜不斷,山石崩裂,江水皆沸,房屋城垣多傾,壓死男婦無數』。此外,一九五八年,汶川還發生過一次規模六點二地震。龍門山主中央斷裂自一一六八年以來,只發生過十二次四級地震,最大那一次規模六點二,發生在北川。南邊映秀一帶的龍門山主中央斷裂,一直很平靜(斷層處於閉鎖狀態),直到二○○八年五月十二日下午十四點二十八分,突然發生了七點九大地震……」

三、建立在龍門山斷裂帶之上紫坪鋪水庫大壩工程

紫坪鋪水庫,就直接位於龍門山斷裂帶之上!紫坪鋪大壩工程是中國政府實施「開發大西北計畫」後的第一個大型水電開發項目,也是周永康擔任四川省領導人時,堅決支持上馬的專案。二○○一年三月,紫坪鋪水庫大壩工程開工建設。二○○五年九月,紫坪鋪水庫開始蓄水,當年十一月兩台水輪發電機組開始發電。二○○六年五月,紫坪鋪水庫大壩工程的四台水輪發電機組,全部投入生產,當年十月,水庫按照計畫蓄滿水。根據官方報導,紫坪鋪水庫大壩工程,一共耗資七十二億人民幣。

紫坪鋪大壩,是水泥面板堆石壩,壩高一百五十六米,水庫總庫容十一點一二億立方米。雖然紫坪鋪水庫的總庫容,不到三峽大壩工程的三十分之一,但是紫坪鋪水庫增加的蓄水位高和三峽水庫是同一數量級的,都超過一百米,增加的水壓力超過每平方米一百噸。根據前面的分析,水庫蓄水越高,誘發地震的可能越大,地震震級也越高。紫坪鋪水庫誘發地震的可能性,絕對不會亞於三峽水庫。

紫坪鋪水庫位於都江堰市和汶川縣映秀鎮之間,紫坪鋪大壩距離地震中心的直線距離僅為五公里!比汶川縣城或者汶川縣映秀鎮,距離地震中心的直線距離更近。所以四川汶川地震如果稱四川紫坪鋪地震,將更為準確。四川省地震局的胡先明工程師在〈紫坪鋪水庫蓄水前天然地震活動〉一文中,是這樣描繪紫坪鋪水庫所在地區的地質背景:

「紫坪鋪庫區處於揚子準地台與松潘一甘孜地槽之間的過渡帶,這個構造過渡帶從古生代到中生代,早期是中國以地台為主的穩定區和中國西部以地槽為主的活動區的分界。新生帶以來中國西部強烈的褶皺隆起,形成推覆逆掩的巨型斷裂系,它就是舉世聞名的龍門山皺斷帶。由於印度洋板塊陸殼與歐亞板塊強烈頂撞,產生的強大推擠力,使龍門山斷裂帶發生大規模的逆掩推覆構造變形,隨著青藏高原的抬升和地殼物質的橫向擴散,龍門山斷裂帶成為川青斷塊的東南邊界。」

但是,紫坪鋪水庫大壩工程的可行性報告,卻漠視這個複雜的地質背景,認為:

──「紫坪鋪壩區屬地殼結構基本穩定」;
──「工程區40公里範圍內,歷史上未見有強震發生」;
──「紫坪鋪壩區及其附近地區大地震的影響烈度不超過七度」。

這個結論和大壩工程可行性報告的結論十分相似。人們在四川汶川大地震之後再來看這些結論,會發現這些結論都是錯誤的。二○○○年三月二日,中共國務院總理辦公會第六十次會議通過〈關於審批四川省岷江紫坪鋪水利樞紐工程可行性研究報告的請示〉。也就是說,國務院總理辦公會議,認同這些結論。二○○八年五月十二日發生的四川汶川大地震的事實證明,紫坪鋪水利樞紐工程可行性研究報告中的有關結論,是完全錯誤的。那麼撰寫這個可行性研究報告的科學家和工程技術人員應該負什麼責任?批准這個報告的國務院又應該負什麼責任?

有人會說,這些都是馬後炮,是事後諸葛。其實就是在紫坪鋪水庫大壩工程上馬之前,中國的許多科學家和工程技術人員都對這個工程表示反對。比如原中國水電科學研究院的陳實先生,便曾發表文章,提出反對意見。當時的情形是,北京的科學家和工程技術人員多持反對意見;而四川省本地的科學家和工程技術人員,則不敢發表反對意見。但是四川省地震局的工程師中,也有勇敢站出來,指出紫坪鋪水庫大壩工程將是一個潛在的「危險工程」。

四川省地震局的高級工程師李有才,和四川地礦局物探大隊高級工程師曹樹恒,撰寫〈紫坪鋪水庫樞紐工程基本烈度〉的文章,通過對於水庫所在地區的地震地質、新構造、深部地球物理、歷史地震的深入研究,對在龍門山斷裂帶上建造紫坪鋪水庫大壩工程,提出堅決反對的意見。李有才和曹樹恒指出,紫坪鋪水庫大壩工程所在地區的地殼結構,應屬基本不穩定地區,壩區及其附近地區,未來具有發生規模七點五大地震的深部構造背景,紫坪鋪壩區及其附近地區大地震的影響烈度,不是不會超過七度,而是會達到九度,甚至九度以上。

四川地震局原黨組書記、局長劉興懷,四川地震局高級工程師蔣能強、李明光,也都支持李有才和曹樹恒的觀點。當時李有才和曹樹恒,建議中央政府立即停止停建紫坪鋪水庫樞紐工程,或炸掉已建好的大壩。二○○五年紫坪鋪水庫開始蓄水之後,出現水庫誘發地震現象。二○○七年,四川省水利廳向李有才徵求了意見,問:「紫坪鋪水庫已經建成了,該怎麼辦?」當時已經退休的李有才堅持把大壩炸掉,或者將水庫中的水放掉。二○○五年紫坪鋪水庫開始蓄水,二○○六年紫坪鋪工程四台發電機組全部投入生產,整個工程提前一年完工,可以說是春風得意馬蹄急。紫坪鋪工程號稱創造許多省內之最、乃至國內之最。

──紫坪鋪水利樞紐工程是新中國成立以來四川省建設的最大的水利樞紐工程,而且是全國最大的灌區(都江堰灌區)供水。
──紫坪鋪水利樞紐水輪發電機組的水頭變幅為國內最大,居世界前列,技術要求高。
──紫坪鋪水利樞紐工程的面板堆石壩為四川最高、全國第五。
──紫坪鋪水利樞紐工程洩洪洞的高速水位流速為四十五點四米/秒,其流速為國內最大。
──在工程施工中,共發現一百三十二條煤洞、煤窯,工程地下高含瓦斯為國內大型水電工程瓦斯含量最高,地質複雜程度居國內大型水電工程前列,施工難度係數大等等。

但是,為什麼在二○○七年,在紫坪鋪工程最為光輝的時候,卻向當年提出反對意見的李有才工程師徵求意見呢?這是因為,紫坪鋪水庫蓄水之後誘發地震,帶來重重憂慮。

四、不排除紫坪鋪水庫誘發四川汶川5.12大地震的可能

二○○八年五月十二日地震當晚,水利部副部長矯勇和總工程師劉甯等專家,趕到紫坪鋪大壩,其速度出奇的快,似乎對紫坪鋪大壩將出事,有所準備。根據中國環保人士楊勇對紫坪鋪大壩的實地考察,紫坪鋪大壩震後的情況為:「右岸壩肩山體出現大面積山體裂縫,裂口寬十至三十公分不等,長度數百米,裂縫區寬度數百米,裂縫走向多於河谷平行,迎江臨空面形成一系列崩塌形滑坡和泥石流,接近壩體的護坡水泥樁部份開裂,頂部有岩體崩落現象,砸向谷底發電廠房和洩洪設施。大壩頂部右段有沉陷跡象,沉陷深度二十公分至八十公分,長度近二百米,大壩面板砌石鬆動,部份拱起,大壩內側附屬設施震裂震垮較多,洩洪洩沙提閘建築嚴重損毀變形。庫區兩岸山體崩塌形滑坡大面積生成,在前端狹窄庫段兩岸見左岸有近五百米高的山體崩塌,右岸臺地生成寬約二百至三百米的裂縫區,成為欲崩危岩。映秀鎮四周生成大面積山體崩塌滑坡。民用建築、學校、工礦企業等,幾乎被夷為平地。」

如果紫坪鋪大壩發生潰壩,形成潰壩洪水,淹沒下游的都江堰市和成都市,威脅下游幾百萬人民生命財產安全。人們會問:是紫坪鋪水庫誘發了四川汶川大地震?筆者認為,不排除紫坪鋪水庫誘發四川汶川大地震的可能,有下列理由:

第一:紫坪鋪水庫是大型水庫,水庫總庫容為十一點一二億立方米,直接建造在龍門山斷裂帶之上。過去幾百年,龍門山斷裂帶附近多次發生里氏七級以上大地震,龍門山斷裂主體也發生過六點五級地震。

第二:紫坪鋪水庫又緊鄰北川─汶川斷裂帶的南端的汶川映秀鎮。活動斷裂帶最突出的部位,往往是震中所在,因為這個部位構造脆弱,應力(註:「應力」,單位面積上所承受的力)易於集中。活動構造帶的兩端,常常是震中往返跳動地點,是因為活動構造帶在應力加強時,兩端受力最大,是推動進一步發展的有利部位。兩條斷裂帶交匯處,容易導致應力集中,往往是震中所在地點。這些情況在建壩時都十分清楚。紫坪鋪水庫的水在高位蓄水的壓力下,通過岩石裂隙進入斷裂帶,促使結構應力的釋放。此次地震受災最嚴重的正是汶川縣和北川縣,恰恰就是活動構造帶的兩端。

第三:紫坪鋪水庫蓄水高度大,大壩高度超過美國胡佛大壩。雖然紫坪鋪水庫的總庫容不足長江三峽水庫的三十分之一,但是紫坪鋪水庫增加的蓄水位高和三峽水庫是同一數量級的,都超過一百米,增加的水壓力超過每平方米一百噸。根據前面的分析,水庫蓄水越高,誘發地震的可能越大,地震震級越高。紫坪鋪水庫誘發地震的可能性很大,成為最後一根稻草的可能性也很大。水庫蓄水高度變化頻繁、變化幅度大,誘發地震的頻率也高。

第四:紫坪鋪水庫蓄水高度變化幅度為國內第一。紫坪鋪水庫蓄水高度變化幅度為六十米,為三峽水庫壩址處水位變化三十米的兩倍。根據三峽水庫和地震關係研究,大幅度水位變化,容易引起誘發地震。

第五:此次大地震中,逃亡的災民注意到,在地震發生時,紫坪鋪水庫水位迅猛上升,一度成為「汪洋大海」,可見有大量能量從水庫底部釋放出來。

第六:二○○七年二月十二日發生地震,可以認為是紫坪鋪水庫誘發的地震,雖然震級只有規模三點二,但是震中和震源深度八公里,和此次地震重疊(中國地震局最初報導,震源深度二十九公里,後來修正為八至十公里)。

第七:地震之後,中國的遙感專家從地球衛星圖片上發現,在地震之前,在地震中心地區上空有大量氣體釋放出來,應該是大地震的前兆。而這些氣體很可能就是從水庫底部釋放出來的甲烷等氣體。

第八:五月初地震之前,紫坪鋪水庫把水位降至防洪限制水位。按照常規,紫坪鋪水庫應該在五月底或者六月初、中旬把水位降至防洪限制水位。紫坪鋪水庫提前近一個月將水位降低,對於經營水庫的單位在經濟上是不利的,因為降低了水位,就是降低發電能力和供水能力,降低了經濟收益。紫坪鋪水庫不按常規提前降低水位,說明一定是發生了什麼事,或者為了防止發生重大事故,否則水庫經營單位絕對不會接受有損自己經濟利益的事情。最邏輯的推理是,這是為了防止近期可能發生的強地震。這也從另外一面證實,中國的決策層、地震和水利等有關部門都已經知道,有專家預測了近期在這一地區有發生大地震的可能。

第九:紫坪鋪水庫在五月初大幅度降低水位,也可能直接誘了發地震。

第十:四川省地震局的高級工程師李有才和四川地礦局物探大隊高級工程師曹樹恒,在紫坪鋪水庫大壩工程上馬時就指出,該地區的地殼結構應屬基本不穩定地區,壩區及其附近地區未來具有發生七點五級大地震的深部構造背景。李有才和曹樹恒認為紫坪鋪水庫大壩工程將是一個潛在的「危險工程」。李有才和曹樹恒的意見受到四川地震局原黨組書記、局長劉興懷、四川地震局高級工程師蔣能強、李明光等的支援。

第十一:如果說印度洋板塊擠壓歐亞板塊,青藏高原不斷東移,龍門山斷裂就像埋藏在地殼中的幾百顆原子彈,那麼在龍門山斷裂上建造紫坪鋪水庫大壩工程就是給這些原子彈安裝一個不可控制的引爆裝置。也可以說,紫坪鋪水庫的高位蓄水和大幅度的水位變化,是起了「加最後一根稻草」的作用,激發了龍門山斷裂帶中累計的應力的釋放。

五、定義所面臨的問題

到目前為止,人們認為水庫誘發地震的地震強度不會超過規模六點五,這是過去觀測結果的總結。四川汶川地震的震級為八級,超出了水庫誘發地震強度的可能範圍,許多人認為,這不可能是水庫誘發地震。地震和紫坪鋪水庫沒有關係,和泯江等河流上大量建壩,也沒有關係。

其實,這是水庫誘發地震這個定義,所面臨的問題。過去,世界各國建設水庫大壩工程,都是盡量避免在地質條件複雜的地區建設,更不會建造在會發生強烈地震的斷裂帶上。這些地區歷史上都沒有強烈地震的紀錄。比如中國新豐江水庫壩址所在地河源縣,在歷史上沒有任何地震記載,只有香港工商日報曾載稱,一九三四年三月博羅,河源界上的清邊鄉發生過輕破壞的地震。

印度科依納水庫,被認為大壩底下的地基十分理想,而且水庫所在地區的地質結構完整,從地質板塊學的觀點來看,這座水庫是建造在印度板塊上,為印度─澳大利亞板塊的一部份,幾百年萬前就已經形成。人們認為這種地質結構是最穩定的,即所謂的無震區,而且在水庫建造之前,也沒有地震的記載。大壩位於前寒武紀地質帶上,地質條件非常優越。但是新豐江水庫和印度科依納水庫誘發了世界上最強地震,並兩次修改了水庫誘發地震強度的定義。

紫坪鋪水庫大壩,則是直接建造在有可能發生強烈地震的龍門山斷裂帶之上。過去的經驗總結是:在弱震地區或地質構造穩定的地區,大型水庫大壩會誘發地震,水庫誘發地震強度可以超過歷史上所記錄的最大地震強度。那麼,科學家現在就面臨一個完全新的情況:在有強烈地震背景的斷裂帶上,和地質構造不穩定的地區建造大型水庫大壩,水庫是否會誘發地震?水庫誘發構造性地震,是否也屬於水庫誘發地震的範疇之內?水庫誘發構造性地震的強度,是否超過歷史上所記錄的最大地震強度?

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