加拿大教授力驳西方记者:汶川地震与紫萍铺水库无关

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热度650票 浏览199次 时间:2009年2月18日 09:06
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  自今年一月份《科学》杂志发表了“四川地震是人类活动触发?”一文之后,西方大小媒体立刻跟进,耸人听闻地报道:“科学家说:大坝制造了杀人地震”、“中美科学家研究表明:造成9万人亡的四川大地震是紫坪铺水库引起的”。近几年来,随着中国经济的高速发展和综合国力的迅速提高,西方媒体的酸葡萄心理时不时地要发作,不放过任何一次可以攻击中国政府的机会(批评也要实事求是,在该批的地方批)。读读这些大小报纸最近关于汶川地震与紫萍铺水库之间关系的文章,他们幸灾乐祸的阴暗心理无不暴露无遗,汶川大地震,毁了那么多房屋、道路、桥梁、工厂,杀害那么多鲜活的生命,你们中国人是自作自受,谁让你们建水库搞水力发电?

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m-L9c%?E Eu0  《科学》杂志的两位记者(RichardA.Kerr和RichardStone)采访了四川省区域地质调查大队的总工程师范晓教授美国哥伦比亚大学临时研究人员ChristianKlose博士,将他们两人“水库触发地震”的(一家之言)观点写进一篇新闻报道稿里。然后,西方媒体立刻就把它吹成:“科学家说:大坝制造了杀人地震”,俨然世界上所有科学家们已达成共识——“造成9万人亡的四川大地震是紫坪铺水库造成的”。然而,事实远非如此。水利新闻%oFO l[ x5?

.M c%_] Fl1}0  就拿被《科学》杂志那篇文章引以为据的雷兴林、马胜利、闻学泽、苏金蓉、杜方发表在《地震地质》(2008年第4期,30卷,1046-1064)的论文来说吧,这些作者并没能成功地证明5.12汶川Ms8.0级地震是由紫坪铺水库造成的。该文的第一作者雷兴林是日本产业技术综合研究所的主任研究员,他利用自已开发的软件,在一系列简单的假说的基础上,计算了紫坪铺水库加载(蓄水)或卸载(放水)过程对地下极浅(例如,7-8千米深)岩石中断层面(假设断层倾角为30-35度,摩擦系数为0.6。在这些假说条件下,断层极易滑动,地震极易产生)上剪应力的影响。例如,假说岩石是开放的多孔介质,各孔彼此相连,岩石的渗透率为一常数,既不随深度的增加而变化,也不在水平方向有变化;地壳内压力梯度忽略不计;岩石在研究的深度范围内是完全线性弹性的(事实上不是这样的。地震波在破裂、多孔、流体充填、有弱岩夹层的岩体中有显著的衰减,说明这样的岩体并非是完全线性弹性体)。即使在这些极端理想的情况下,水库加载或卸载对地下4-5千米深度以下地壳中断层面上库仑应力的大小也都没有太大的影响(<<0.5bar)。无论因水库荷重还是水沿断裂带往下渗透,只对近地表几千米厚的岩石中断层活动性有点微小的影响,这些都是行内人所公知的常识——水库加载或卸载可以引发库区或周围小范围内断层发生较小的滑移,形成小地震(<3-4级)。

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(f#t/l?9h2@E0  我认为,雷兴林等人文章的主要科学意义就是:水库的载荷与水压的渗透对地下岩石中应力的影响随深度增加而迅速衰减,在近地表几千米的地壳中可能会产生0.1-0.5bar应力的变化,但在深于10千米的地壳中其影响完全可以忽略不计。5.12汶川地震的震源深度是19千米。所以,拿雷兴林等的文章作为“四川大地震是紫坪铺水库造成的”的证据,等同于请皮肤科的大夫医骨科的病。水利新闻*cABZ Y#A _;OeS

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  雷兴林等认为:如果深100米以上的水体跨越断层破碎带,作用在库底断层破碎带的流体压缓慢地向地下深部扩散。事实上,无论地下岩石联通裂隙中还是封闭空隙中的流体压远大于库底的水压,库底水不可能向地下岩石或断层岩中渗透很深的。更重要的是,5.12汶川地震震源深度高达19千米,位处脆韧性转变带之内。地表水是渗透不到这个深度的。在这个深度,岩石的孔隙率和渗透率都极低,流体主要是来自下地壳内岩浆结晶释放出来的流体和由进变质作用(脱水化)形成的变质流体。地震时,这些深源流体沿断裂带释放到上地壳。地震之后,震源深度的断裂又会重新愈合,破碎的岩块被假熔岩以及从热液中结晶出来的脉体(如,石英脉体、方解石脉)胶结起来,断裂带中岩石强度重新恢复,孔隙率和渗透率重新降低。这些是RichardSibson教授反复强调的观点。水利新闻|~O(n[

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  据岩石流变学理论,脆韧性转变带内的岩石强度最大,可承受巨大的剪应力与积累巨大的弹性应变能,故可形成大震。小于12千米深度是很难形成8.0级特大地震的。

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  如果没有不透水层的话(事实上不可能完全没有),在近地表3-4千米厚的岩层中,地表水可以沿张裂隙往下渗透,使断裂带中的流体压力等于静水压力,流体可以减少断层两壁的摩擦系数,起到一定的润滑作用。此时,渗透水的作用虽然降低了断层滑动的应力阈值,但是同时也减低了地震的强度,因为由于流体润滑作用的存在,断层面上剪应力不可能积累得很高。水利新闻:W0]rGM

nYS](]0  在水平挤压逆断层作用地区,若水库位于逆冲断裂带上盘,水库蓄水(加载)增加了垂向上的最小主应力,有利于构造稳定性,减少断层或地震活动;水库大量放水(突然降低了垂向上的最小主应力,即增加了构造差应力,反而增加断层或地震活动,当然仅是一些极浅源(<5-6千米)的小地震(<3-4级)。

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  所以,逆冲断裂带上盘建水库可能还有利于维持区域构造的稳定性。

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  汶川地震的微观震中离紫萍铺库区最近距离也有6千米,而不是位于紫萍铺水库的正下方。汶川地震的宏观震中位于汶川县漩口镇何家山蔡家杠村附近的一个叫“莲花芯”的山顶。地震时,龙门山中央断裂带中的花岗岩和花岗闪长岩在强烈地逆冲挤压和剪切作用下,瞬间发生无数脆性破裂,约400万立方米的白色岩石干碎屑流在短短的不到两分钟时间将2000多米长的山谷填平。碎屑流是干的,说明宏观震中断裂带中岩石破裂与水或流体无关。

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  四川省共有水库6678座,紫萍铺水库并不是其中最大的水库。位于岷江上的紫萍铺水库,坝高159米,库容10亿立方米。建于雅砻江上的二滩水库,坝高240米,库容58亿立方米;雅砻江上的锦屏一级水库,坝高305米,库容150亿立方米。金沙江上的溪洛渡水库,坝高278米,库容129亿立方米。尼日河上的瀑布沟水库,坝高186米,库容54亿立方米。这些水库比紫萍铺水库大得多,迄今也没有形成任何6级以上地震,更何况汶川地震这样的8级特大地震。水利新闻Mq%o0d1A,n

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  雷兴林等在文章中也不得不承认,世界上许多大型水库,除了在其最初的几个蓄水周期之间引发一些诸如地下溶洞塌陷起因的较小地动或地声之外,并没有诱发值得关注的地震活动。这就好比将小米倒进瓶子里,摇一摇,晃一晃,堆积更紧密了,增加了整体稳定性;然后,再晃,堆积密度就不会再增加。道理是非常直观的和浅显的。

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6vXB4j!?x\0  雷兴林等很怕引起别人误解,多次强调:“一个地区能否发生地震,关键在于该地区是否存在一定规模的活动断层,且其应力状态是否已接近破坏强度。仅靠水库本身的重量和相应的流体压力是不足以使完整的地壳岩石发生大规模的断裂而产生强震”。但是,雷兴林等却认为:汶川大地震迟早会发生,只是紫萍铺水库的建设和使用使得地震提前到来几十年。他们之所以这么说,是因为他们过于简单地把地壳中岩石破坏强度看成是一个常数,并且认为地壳中构造应力积累随时间是线性增加的。大地震的发生与否绝不像往骆驼背上加草那么简单。水库的加载或卸载引起的微小的应力变化,立刻会被库区及其附近小范围内地壳浅部滑动强度很低的节理面和小断层吸收,使浅表岩块间稍有滑动,但绝对不足以能触发地下19千米深处的巨震。一个走在大街的男人突然倒地,绝不是因为他今天多长或少长一根胡须。

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  为了增强“紫萍铺水库导致汶川大地震”之说,ChristianKlose到处宣扬:“龙门山地区近几百万年内没有发生过重大地震活动”。其实,在龙门山地区,古地震的证据多得很。例如,在汶川县映秀镇地区就可以看到5级阶地,一级阶地是这一次5.12地震形成的,河床抬高了2.2米。二级阶地高3米,三级阶地高7米,四级阶地高25米,五级阶地高7米。五级阶地的形成年龄在52700年左右,累计抬升高度为44.2米。所以,断裂带的平均年垂直滑移速率为0.84mm/a。如果每一次8级大地震可以形成2.5米左右的垂直滑移,那么这个地区发生类似5.12汶川地震的复发周期就是3000年。水利新闻8_o(`'H V

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  紫坪铺水库附近岷江也有六级阶地,C14方法测定二级阶地形成于约3000年前,三级阶地的热释光年龄大约为12300年,四级阶地的热释光年龄大约为30800年,五级阶地的热释光年龄大约为52700年,六级阶地的热释光年龄大约为766000年。每次大地震都会造成地面抬升,河流往深切割,形成阶地。所以,近8万以来,仅在四川汶川-都江堰地区至少发生过6次特大地震。

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I0H+YneN0Bi0  成都理工大学李勇教授等研究发现,整个龙门山自431000年以来至少发生过30余次6.7级以上强震。例如,大邑县西岭雪山东边的双青石坪在约3800年和930年前分别发生过两次大于7级的地震。所以,单条断裂的强震复发间隔仅为1000-3000年。水利新闻EzOY+Ld

tx T$n;L0  每次地震后,岷江河水将龙门山上滑坡塌方下来的碎石和泥土带到下游的成都平原,形成冲积扇。成都平原上岷江冲积扇的最大厚度达541米,位于郫县、温江一带。该冲积扇的下部为大邑砾石层,中部为雅安砾石层,上部为上更新世至全新统砾石层。大邑砾石层是成都平原上最古老的冲积砾石层,其形成时间约为360万年前,说明360万年前就已经有了高起伏、陡地貌的龙门山脉了。换句话说,龙门山地区360万年以来,一直强震不断的,每3-5千年就来一次,每次地震使得龙门山长高2-3米,地震之后风化剥蚀与河流搬运又减少了由地震造成的山脉升高。地震抬升与风化剥蚀两相抵消之后的剩余就是龙门山地区地表隆升速率,平均每年0.24-0.34毫米。

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  综上所述,汶川Ms8.0特大地震起发于地下约19千米深的脆韧性转变带内,震源处为强岩,剪切与摩擦强度皆大,逆冲断裂面较陡。汶川Ms8.0特大地震的发生是位于青藏高原北部的松潘—甘孜地块沿龙门山中央断裂和前山断裂向四川盆地强烈推覆逆冲的结果,与紫萍铺水库无关。水库的蓄水与放水可以诱发一些极浅源(<6-7千米)的小震(<3-4级)。再大的水库也不能直接导致8级特大地震的形成。(作者:嵇少丞,加拿大蒙特利尔大学工学院教授)水利新闻!UR8X/k;sE G

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