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王維洛:2023年甘肅積石山縣地震與積石峽大壩工程、黃河梯級開發、水庫誘發地震

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摘要

關於積石山縣地震的強度,有三個不同的數據,6.2級,5.9級地震和6.0級,雖然數值看相差不大,但是數值背後的地震所釋放的能量相差極大。據筆者所知,2023年甘肅積石山縣地震是同等強度地震中死亡人數最多的,也是房屋倒塌最多的。甘肅積石山縣地震揭露了中國全面脫貧的真相。

筆者以為,2023年甘肅積石山縣地震是一起水庫誘發地震,是積石峽大壩工程與黃河梯級開發誘發的一次地震。

對於水庫誘發地震,人們的認識還是非常膚淺,主要是來自對一些水庫誘發地震現象的歸納與總結,對此肖安予、杜運連、范曉、馬文濤、陳厚群、陳顒等都有論述。水庫誘發地震主要特徵有如:與大壩高度有關,高度越大發生水庫誘發地震的可能性越大;與水庫水位變化(蓄放水)有密切相關;地震震源深度淺,多在地下12公里範圍以內;水庫地震震中烈度明顯高於同一震級的天然地震的震中烈度;震中分佈於水庫邊岸幾公里到十幾公里範圍內;庫垻區有活動斷裂;庫垻區為中新生代斷陷盆地或其邊緣,近代升降活動明顯;岩體深部張裂隙發育,透水性強;庫垻區歷史上曾有地震發生;庫垻區有溫泉等等。對於水庫誘發地震的歸納與總結,人們還在不斷地修正之中,最為典型的就是關於水庫誘發地震的震級。最初人們認為水庫不會誘發地震,後來認為,水庫的蓄水重量可能壓垮水庫下面或者附近兩岸的溶洞,形成塌陷地震,但地震震級不可能超過5.0級。後來修正為不會超過6級。在中國新豐江水庫發生6.1級地震,印度科依納水庫發生6.5級地震後,認為不可能發生超過6.5級地震。如今8.0級的四川地震也被認為是紫坪鋪水庫誘發的地震。馬文濤等指出,水庫誘發地震與天然地震的一個區別就是相同震級的水庫地震震中烈度比起天然地震明顯偏高1~3度,更容易造成地表破壞。

積石峽水庫大壩工程位於黃河幹流,青海省循化縣境與甘肅省積石山縣交界處,距循化縣城30公里,距積石山縣城5公里。積石峽水庫大壩工程是黃河上游龍羊峽至青銅峽河段規劃25座水電站的第11座,2010年年底全部建成、發電。積石峽水庫正常蓄水位1856米,最大壩高103米(一說100米),總庫容2.635億立方米,為日調節水庫,水位升降幅度大,總裝機容量1020兆瓦,保多年平均發電量33.63億千瓦時。黃河上游龍羊峽至青銅峽河段全長890公里(一說918公里),落差1400多米,在這裏規劃建設了25座大型水庫大壩工程,其中拉西瓦大壩最大壩高250米,龍羊峽大壩最大壩高178米,李家峽大壩最大壩高155米,公伯峽大壩最大壩高132米,積石峽大壩最大壩高103米,炳靈峽大壩(寺溝峽大壩)最大壩高61米……在這一河段幾乎平均每40公里就有一座高壩;在李家峽至積石峽河段更是平均30公里就有一座高壩。積石峽水庫大壩工程與2023年積石山縣地震幾乎滿足了上述全部水庫誘發地震的主要特特:大壩高度103米;水庫為日調節水庫,水位變化頻繁;庫垻區有活動斷裂;岩體深部張裂隙發育,透水性強;庫垻區歷史上曾有地震發生;地震震源深度淺;水庫地震震中烈度明顯高於同一震級的天然地震的震中烈度等等。

值得注意的是,有地震學者認為,梯級水庫在誘發地震方面,具有疊加效應。2012年,「探索國際」發表署名為約翰•傑克遜(John Jackson)的地質報告《中國西部的地震災害與水電大壩》。作者在中國進行水壩調查後,提出上述地震疊加效應,並假設了最壞的地震情形——一旦發生潰壩事件,海嘯般的力量將直接傳遞到緊鄰的下游水壩,導致致命的多米諾骨牌效應。約翰•傑克遜指出:「梯級方式建大壩,世界其它地區還沒嘗試過」。

香港南華早報》2023年12月20日報道,陝西研究團隊在地震前4天,準確預測到了地震範圍和震級大小,但是當局沒有發出地震預報通知百姓[1]。筆者認為,這應該與水庫誘發地震(主震)之前,一些小地震頻繁出現有關。

就在12月19日2時(地震發生後的兩小時),青海省水利廳緊急派出10個技術工作組對震區203座水庫、305座淤地垻、157座水電站進行安全檢查。中電西北院也派出專家組奔赴積石峽、大河家、炳靈大壩工程開展對壩體等構築物查驗。12月19日晚,西北院副總工吳峻峰帶隊的8名專家再次到達積石峽水電站和大河家水電站,察看了兩座電站受災情況,認為目前兩座電站的總體安全情況可控。總體安全情況可控,讓人們回憶起武漢疫情一直是「可防可控」,說明未被公開的問題相當嚴重。

中共政府在規劃建設大型水庫大壩工程前大多有不公開的工程可行性報告,內有《水電工程防震抗震研究設計及專題報告》,結論多是某某大壩工程具備抵禦設計地震的能力云云。

但是水庫大壩工程安全的核心不單單是大壩本身,更重要的是受大壩工程影響(如水庫誘發地震影響)的居民的生命與財產安全。正如此次積石山縣地震一樣,在經歷了烈度為VIII度的地震後,據說積石峽大壩總體安全情況可控,震區內幾百座水庫大壩也經過所謂的檢查。但是震區幾萬間房屋倒塌,起碼148人失去生命,大壩工程的安全問題並沒有得到解決。在建大型大壩工程時中共政府總是宣傳:「建一座大壩、保一方安瀾、促一方發展、造一方民富」。通過積石山縣地震,人們看到了殘酷的真相是:「建一座大壩、毀一方家園、造一方墳塋、促一方返貧」。

一、2023年甘肅積石山縣地震是同等強度地震中死亡人數最多的

圖1:2023年12月18日甘肅省積石山縣發生5.9級地震,大量房屋倒塌,是同等強度地震中死亡人數最多的,圖片來源:如圖所示

關於積石山縣地震強度,有三個不同的數據,中國地震台網稱6.2級;美國地質調查局認為5.9級地震;中國地震局地球物理研究和北京大學地球與空間科學學院地球物理學系指出是6.0級。

據中國地震台網測定,2023年12月18日23時59分在甘肅臨夏州積石山縣(北緯35.70度,東經102.79度)發生6.2級地震,震源深度10公里[2]。

另據美國地質調查局報告,2023年12月18日15時59分30秒(國際標準時間)在臨夏城關鎮西南西37公里處發生5.9級地震,震源深度10公里,是淺層逆斷層活動的結果[3]。

圖2:美國地質調查局:2023年12月18日15時59分30秒(國際標準時間)在臨夏城關鎮西南西37公里處發生5.9級地震,震源深度10公里,圖片來源:美國地質調查局

中國地震局地球物理研究所和北京大學地球與空間科學學院地球物理學系在地震發生不到2小時後(北京時間2023年12月19日凌晨1時41分)發佈的報告指出,地震矩震級6.0級,震源深度10公里[4]。地震局地球物理研究所指出:此次地震以逆沖機制為主,破裂持續時間約8秒,似乎並未造成明顯的地表破裂。截至2023年12月19時6時30分,重新定位後得到了150個餘震的位置,餘震主要呈北北西向分佈,震源深度集中在6至15公里。

圖3:中國地震局地球物理研究所和北京大學地球與空間科學學院地球物理學系指出:地震矩震級6.0級,震源深度10公里,圖片來源:百度百科

地震發生時釋放出巨大的能量,震級是衡量一次地震釋放能量大小的重要指標。地震釋放能量與地震震級的關係用下面這個公式來解釋:

E=10(4+1.5*M)

E為地震發生時釋放出的能量;

M為震級的震級。

當地震震級為6.2級時

E=10(4+1.5*6.2)=1.99526E+13

當地震震級為6.0級時

E=10(4+1.5*6.0)=1E+13

當地震震級為5.9級時

E=10(4+1.5*5.9)=7.07946E+12

地震震級為6.2級時所釋放的能量是5.9級的約2.82倍;

地震震級為6.2級時所釋放的能量是6.0級的約2倍;

地震震級為6.0級時所釋放的能量是5.9級的約1.41倍。

地震震級定得越高,把生命與財產損失的責任推給天災就越容易。

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2023年12月22日在甘肅和青海召開新聞通報會,發佈《甘肅積石山6.2級地震烈度圖》:甘肅積石山6.2級地震最大烈度為Ⅷ度(8度),等震線長軸呈北北西走向,長軸124公里,短軸85公里,Ⅵ度(6度)區及以上面積8364平方公里,其中甘肅省5232平方公里,青海省3132平方公里。此次地震涉及甘肅省3個市(州)9個縣(市、區)88個鄉鎮(街道)以及太子山天然林保護區、蓋新坪林場,涉及青海省2個市(州)4個縣(市)30個鄉鎮[5]。

圖4:甘肅積石山6.2級地震烈度圖,圖片來源:如圖所示

而中國地震局地球物理研究在2023年12月19日0時57分製作的震動圖與公開發布的地震烈度圖有所不同。地球物理研究註解說:綜合考慮震區局部的地質構造背景,地質波的衰減特性以及土層對地震動參數的放大效應估計了本次地震的震動圖。根據對這次地震預測的震動圖分佈特徵,預計極震區震動烈度可能達到VII度以上,可能受災範圍近6000平方公里。請讀者注意圖中地震烈度的顏色。

就是說,在地震發生後的58分後,地球物理研究估計的最大地震烈度是VII度,為了保險起見稱:極震區震動烈度可能達到VII度以上。而後來製作的地震烈度圖,極震區最大烈度為Ⅷ度(8度),Ⅷ度區面積達331平方公里,而且極震區是兩個,一個南一個北,一個大一個小,一個在甘肅一個在青海。

圖5:甘肅積石山地震震動圖,圖片來源:百度百科

截至2023年12月22日在中國西北部甘肅省發生的6.2級地震中死亡人數增至148人,其中甘肅省已有117人死亡,鄰近的青海省有31人死亡[6]。至12月20日僅甘肅省有超過15.5萬所房屋被損壞或摧毀[7]。這是來自官方的報道,真實的死亡人數和倒塌的房屋數量可能永遠是個謎。

據筆者所知,2023年甘肅積石山縣地震是同等強度地震中死亡人數最多的,也是房屋倒塌最多的。正如許多中國民眾和媒體人所說,甘肅積石山縣地震揭露了中國全面脫貧的真相。

二、發生地震的原因

中國地震台網中心組織專家對甘肅積石山附近地震活動進行研究分析,此次地震位於甘東南地區,距離最近的斷層拉脊山北緣斷裂約3公里。初步震源機制解結果顯示,此次地震為逆沖型破裂。甘東南活動構造區位於中國南北地震帶北部,是青藏高原東北緣的一個重要組成區域。受歐亞板塊與印度板塊的長期擠壓作用,該區構造活動強烈,發育着東崑崙斷裂、西秦嶺北緣斷裂、臨潭—宕昌斷裂、光蓋山—迭山斷裂、迭部—白龍江斷裂、塔藏斷裂、岷江斷裂、雪山斷裂、虎牙斷裂等多條深大斷裂。此次地震震中附近200公里範圍內,1900年以來共發生6級以上3次,均為孤立型或主震-餘震型地震[8]。

美國地質調查局則指出:12月18日地震發生的區域是位於青藏高原北緣的板內(即非板塊邊界)區域。青藏高原構造活躍,該地區地震頻繁。自1900年以來,在今天發生的事件的250公里範圍內,已經發生了23次M5.5和更大的地震。其中最大的是1927年5月發生在北部的M7.7地震,導致大約40,000人死亡。1927年的地震對古蘭武威地區造成了極大的破壞,並引發了破壞性的山體滑坡。1990年4月,發生了M6.5級地震,緊接着發生了M6.3級前震和M6.3級餘震,導致至少126人死亡以及大範圍的震動破壞和山體滑坡[9]。1993年8月27日青海共和縣溝後水庫發生潰壩,造成325人死亡失蹤,潰壩原因是大壩在之前的一次地震中受到損害而未被發現。

另有報道說,是核試驗引發了甘肅積石縣和新疆阿圖什市地震。自媒體人江峰在2023年12月21日的《詭異!災難遲緩症的習近平為何對甘肅地震迅速指示?救援隊到場不到24小時撤離?救人還是封鎖?蘭州提前舉行同震級同震源預演?新疆甘肅不同一構造帶為何同時爆發同級地震?》節目揭露:甘肅省是12月18日23時59分發生6.2級地震,震中在積石山縣。新疆是12月19日上午9點46分發生5.5級地震,震中在阿圖什市。地震深度都是10公里,兩地相距3000多公里,更巧的是兩個震中的中間卻是中共核試驗訓練基地,也是俗稱的「馬蘭基地」[10]。江峰認為,是核試驗引發了甘肅積石縣和新疆阿圖什市地震。《看中國》也以《甘肅地震秘密曝光?外媒揭中共正悄悄重建核試場》為題予以報道[11]。台灣多家媒體也有關於這方面的報道。有報道說,2023年9月13日,甘肅蘭州舉行過一場地震演練,演練內容為「蘭州市西固區境內發生6.2級地震,震源深度10千米」,與12月18日積石山縣本次地震震級和震源深度一摸一樣。對此,有網民直言「類似於新冠之前武漢機場的演習」[12]。

圖6:核試驗引發了甘肅積石縣和新疆阿圖什市地震,圖片來源:如圖所示

三、水庫誘發地震

筆者以為,2023年甘肅積石山縣地震是一起水庫誘發地震,是積石峽大壩工程與黃河梯級開發誘發的一次地震。

全國地震標準化技術委員會制定的《水庫誘發地震危險性評價》(Reservoir-inducedearthquakehazardassessment)對水庫誘發地震的定義是指由於水庫蓄水或水位變化而引發的地震[13]。

筆者以為中國地震局地質研究所馬文濤等在《水庫誘發地震的震例比較與分析》一文對水庫誘發地震的定義更為準確、完整:水庫誘發地震(ReservoirInducedSeismicity, RIS)有別於天然地震,它是指因人工修建水庫、蓄水後水位變化引發的地震,是一種與人類工程活動相關的地質災害現象[14]。特別是是一種與人類工程活動相關的地質災害現象一句,展現了水庫誘發地震的本質,它不是天災而是人禍。

對於水庫誘發地震,至今人們的認識還是非常膚淺,還停留在對水庫誘發地震現象的歸納與總結上。

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人類建造水庫大壩的歷史有幾千年(但是中國古人不推崇建造水庫大壩,所以建造水庫大壩的歷史集中在1949年之後),但是最初認為水庫不會誘發地震。後來認為,水庫的蓄水重量可能壓垮水庫下面或者附近兩岸的溶洞,形成塌陷地震,但地震震級不可能超過5.0級。胡佛大壩的建設,是大壩建設史上的一個大突破,大壩高為142米,水庫庫容為350億立方米,為當時世界最高的大壩和庫容量最大的水庫。胡佛水庫從開始蓄水起,在1936到1937年期間,人們就記錄到一百多次可感的地震。在1939年胡佛水庫地區發生了震級為5.0級的地震。從那個時候起,水庫誘發地震才引起人們注意。此時人們再回頭看,1931年,希臘瑪拉通大壩工程完工,水庫蓄滿水後一年,該地區發生了地震。1938又連續發生了震級為5.0級的地震。1933年阿爾及利亞的奎德富達水庫地區也發生了誘發地震,但是地震震級不高。有了胡佛水庫地震和瑪拉通水庫地震的案例,人們修正了水庫誘發地震震級,認為水庫誘發地震震級不會超過5.0級。這個結論持續了二十多年。二十世紀六十年代,情況發生了變化:1962年年中國的新豐江水庫發生了6.1級地震;1963年世界上庫容最大的贊比亞和津巴布衛的卡里巴水庫發生了5.8級地震;1966年希臘的克雷瑪斯塔水庫發生了6.3級地震;1967年印度科依納水庫地區發生6.5級地震。這樣水庫誘發地震震級從不會超過5.0級,修正到不會超過6.2級,後來修正到不會超過6.5級地震。在三峽工程水庫誘發地震研究中認為,三峽水庫會誘發地震,震級不會超過6.5級地震。後修改為三峽水庫誘發地震的上限為5.5級,影響到三峽垻址的地震烈度不超過Ⅵ度,三峽大壩等樞紐建築物均按Ⅶ度設防,所以三峽水庫誘發地震不會對大壩安全造成任何影響。2008年四川發生了8級地震(稱汶川地震),不少學者指出此次與紫坪鋪水庫有直接關係,但主事的幾位院士極力否認。馬文濤等將其也列入水庫誘發地震的一個案例。可見對水庫誘發地震的歸納總結也在不斷地修正之中。

四、中國水庫誘發地震案例數目大幅度上升

1982年廣東省地震局地震科學研究所肖安予在做水庫誘發地震案例研究[15]時,案例數為63個,來自世界20個國家。美國第一多,12個案例;中國第二多,11個案例;澳大利亞、意大利、蘇聯並列第三,各4例。

2008年福建地震局杜運連等做中國做水庫誘發地震案例研究時,所用的案例為29個(包括了1個台灣案例),但沒有一個案例是在甘肅或者青海的。

2010年中國地震局地質研究所研究員陳曉利博士製作了《中國大型水庫和水庫誘發地震分佈示意圖》。圖中的每一個紅色三角形代表一個案例。水庫誘發地震案例已經超過29個(參見下圖)。

有水庫誘發地震案例發生在甘肅和青海交界處。圖中的紅圈為筆者所加,位置就是發生積石山地震的地方。

圖7:中國大型水庫和水庫誘發地震分佈示意圖,圖片來源:陳曉利等

五、水庫誘發地震特徵的總結

關於水庫誘發地震的特徵,肖安予、杜運連、范曉、馬文濤、陳厚群、陳顒都有論述。

5.1.陳厚群、陳顒關於水庫誘發地震特徵的論述

2008年5月12日四川發生8級地震,中共定義512地震為天災,而一些科學工作者則指出是紫坪鋪水庫誘發了512地震。2009年9月25日科學時報記者王靜發表了題為《陳厚群院士:三峽水庫蓄水和汶川地震無關》[16]的採訪報道。

陳厚群認為,水庫地震是指水庫蓄水導致環境物理狀態的改變,從而在垻址和正常蓄水位淹沒範圍的庫區引發地震的現象。已有的歷史數據表明,水庫地震發生的概率非常低,水庫蓄水引發強震的更少。而且,不是建了水庫都會引發地震或凡發生在水庫的地震都是水庫蓄水造成的。

陳厚群院士曾任國務院三峽工程建設委員會樞紐工程質量檢查專家組組長,擔負重要責任。他是江澤民李鵬在三峽工程論證、建設中所仰賴的留蘇歸國的專家群體中的一員。陳厚群認為水庫誘發地震只能發生在垻址和正常蓄水位淹沒範圍的庫區,就足以說明其水平。在這裏陳厚群又搬出所謂的發生水庫誘發地震的概率非常低的理論。陳厚群說,歷史數據表明,水庫地震發生的概率非常低,水庫蓄水引發強震的更少。這套理論在三峽工程論證中也用過。

陳顒院士則提出了水庫誘發地震一般具有以下5個特點[17]:

第一,水庫地震的震中僅分佈在水庫及其周圍,一般位於水庫及其附近5公里範圍內,震源深度大多在5公里內,很少有超過10公里的。汶川地震,無論是地震破裂的起始點(微觀震中)還是地震破裂延伸方向的距離都遠遠大於5公里。

第二,水庫誘發地震震級一般較小,目前世界上已記錄到的最大的水庫誘發地震為6.4級。從全球來看,絕大多數水庫誘發地震的震級小於黎克特制5級,屬於弱震或微震,約佔水庫誘發地震總數的80%以上。而5.0~5.9級的中等強度地震有10例,6.0~6.4級強度地震僅4例。

第三,水庫誘發地震比例較小,全世界已建大中型水庫約有1萬多座,但已誘發水庫地震的僅101座,僅佔世界大壩會議已登記的1萬多座大中型水庫總數的1%左右。

第四,水庫地震具有前震—主震—餘震的系列特徵,水庫地震一般發生於水庫蓄水之初,出現一些小地震(前震),以後逐漸增多,強度加大,最大地震(主震)出現在蓄水首次達最高水位時間附近,然後再逐漸減弱(餘震)。

第五,汶川地震是斷層逆沖運動造成的,迄今尚未發現過逆沖型的水庫地震。

5.2.杜運連等關於水庫誘發地震特徵的論述

福建地震局的杜運連等對中國已經誘發的29個水庫誘發地震的資料進行整理,分析庫容、垻高對誘發地震的影響,以及蓄水時間長短對誘發地震概率和震級的影響關係[18]。

杜運連等指出,根據前人研究結果認為,水庫誘發地震的主要因素有垻高、庫容、庫域大小、庫深、水庫升降速率等。上述因素既有區別,又互相聯繫。林思誠認為,我國已建成垻高15米以上的水庫數千座,僅有十多座發生過地震,佔1%至2%。可是隨着水庫垻高的增高,發生水庫誘發地震的概率明顯增大。中國垻高100米以上水庫發生地震的就佔25%。

陳顒院士說,水庫誘發地震比例較小,全世界已建大中型水庫約有1萬多座,但已誘發水庫地震的僅101座,僅佔世界大壩會議已登記的1萬多座大中型水庫總數的1%左右。

但是區分水庫大壩的垻高,就可以得出與杜運連等人的結論:大壩越高發生水庫誘發地震的比例越高。中國垻高100米以上水庫發生地震的就佔25%。

圖8:大壩數量世界前十國家,圖片來源:黃強等:中國築壩數量世界之最原因分析

根據國際大壩數據,中國大壩數量為23841座,穩居世界第一,而美國只有9263座,數量只為中國的38.9%。

另有數據顯示,截至2010年底,中國超過30米的大壩多達5564座,佔全世界總數的40%,其中超過100米的大壩210座,最高達305米(錦屏一級)。另外還有垻高314米的雙江口即將完工。如果按照中國垻高100米以上水庫發生地震的佔25%計算,將來會頻繁發生水庫誘發地震事件。

5.3.肖安予關於水庫誘發地震特徵的論述

廣東省地震局地震科學研究所肖安予歸納了水庫地震的主要特點[19]有如:

第一:同水庫蓄水密切相關;

第二:它的空間分佈與水庫有密切的聯繫;

第三:地震序列延續時間長,餘震頻繁且強度高;

第四:震級有限,烈度偏高;

第五:波速比異常,延續時間短且空間範圍小;

第六:在震源錯動型式中傾滑型佔有顯着地位;

第七:標示大小地震比例關係亦即頻度~震級關係b的值較高,且前震的b值又較餘震高,而一般構造地震則相反;

第八:地震活動度(A值)高。

肖安予在研究中指出,新豐江水庫共記錄Mc>=0.4級的餘震約25萬次,延續近20年(肖安予的論文在1982年發表,距1962年新豐江水庫地震正好20年),尚無停息跡象。筆者需要補充的是,新豐江水庫地震至今仍在延續之中。

5.4.范曉關於水庫誘發地震特徵的論述

四川2008年5月12日地震發生後,四川省地質隊工程師範曉在第一時間趕到紫坪鋪大壩,看到大壩已經嚴重受損,幸好當時水庫處於低水位,沒有發生潰壩災難。范曉根據所掌握的資料指出紫坪鋪水庫誘發了512地震。

范曉認為水庫誘發地震有下面幾個主要特點[20]:

第一:垻高大於100米,庫容大於10億立方米;

第二:庫垻區有活動斷裂;

第三:庫垻區為中新生代斷陷盆地或其邊緣,近代升降活動明顯;

第四:深部存在重力梯度異常;

第五:岩體深部張裂隙發育,透水性強;

第六:庫垻區歷史上曾有地震發生;

第七:庫垻區有溫。

范曉在做客廣東科學中心與南方都市報合辦的小谷圍科學講壇是說,據不完全統計,世界上垻高超200米的水庫誘發地震比率為34%。在中國,垻高100米以上、庫容100億立方米以上水庫,發震比率為30%左右。范曉補充說:30%是在許多庫區監測數據不完善的情況下得出的。自2004年國務院頒佈《地震監測管理條例》以來,垻高100米以上、庫容5億立方米以上且可能誘發5級以上地震的水庫,都普遍建立了專用地震監測台網。近年來大量觀測數據表明,這些大型水庫誘發地震的比率為100%。所以對高壩大庫來說,實際上不是誘不誘發地震的問題,而是誘不誘發破壞性強震或巨震的問題[21]。

5.5.馬文濤關於水庫誘發地震特徵的論述

馬文濤等在2013年發表的《水庫誘發地震的震例比較與分析》文章中指出:已經收集到全球誘發地震的震例150個,其中發生>6級地震的有5例:2008年年中國汶川MS8的紫坪鋪水庫地震,1962年中國廣東省MS6.1的新豐江水庫地震,1963年贊比亞MS6.1的卡里巴水庫地震,1966年希臘MS6.3的克里馬斯塔水庫地震和1967年印度MS6.5的柯伊納水庫地震。這些強震都造成了大量的人員傷亡和地表建築物破壞、財產損失。震級5.0~6.0級的15例,4~5級的30例,3~4級的37例,而<3級的63例。按照區域劃分,亞洲61例(中國35例),北美洲26例,南美洲20例,大洋洲7例,非洲6例。還收集了中國未發震的大型水庫532座的資料。在這些水庫資料當中,共有24個參數,它們大部分是非獨立量,主要包括:水庫名稱、位置、水庫垻高、庫容(立方米)、蓄水日期、發震日期、最大震級、震中烈度、最大地震日期、發震區岩性等。這些參數大體能夠滿足區分水庫誘發地震與天然地震的統計的需要。

應該說,馬文濤等收集的水庫誘發地震的150個震例,是筆者所知的震例數最多的一個研究。把紫坪鋪水庫地震收入其中,具有重大意義。這就突破了陳顒院士提出的最大的水庫誘發地震為6.4級的上限。

關於水庫誘發地震震中距離水庫的位置,陳顒院士提出水庫地震的震中僅分佈在水庫及其周圍,一般位於水庫及其附近5公里範圍內。馬文濤等指出:水庫地震的離岸最大距離可以在20公里以上。其中,柯伊納水庫和安德森等水庫地震離岸最大距離達到27公里,米德水庫和塔爾賓哥水庫地震離岸最大距離為17.5公里,塔吉克水庫地震離岸最大距離為22.5公里,本莫爾水庫地震離岸最大距離甚至達到90公里。

關於水庫誘發地震震源深度,陳顒院士認為大多在5公里內,很少有超過10公里的。馬文濤等指出:從水庫地震的震源深度來看,全球150個震例中最高震級的震源深度大都<12公里。水庫地震深度>10公里的有:希臘克雷馬斯塔湖6.2級地震深度約20公里,新西蘭本莫爾水庫5級地震深度12公里,加拿大買加水庫地震深度12~15公里,日本黑部第四水庫4.9級地震深度約20公里,柯伊納水庫地震深度可達32公里,這與天然地震的震源深度沒有多大區別。但由于震源深度誤差更大,可信度不高。而具有高精度測量結果的長江三峽水庫地震震源深度最深可達14公里。

可見全球150個震例中最高震級的震源深度大都<12公里,也有一些例外,震源深度超過12公里,如著名的印度柯伊納水庫地震深度32公里。

筆者認為,馬文濤等關於水庫誘發地震震級與震中烈度之間關係的分析很有意義。馬文濤等指出,現場調查結果表明,由于震源非常淺,水庫地震震中烈度明顯高於同一震級的天然地震的震中烈度。往往水庫誘發地震4~5級就可造成地表房屋建築出現破壞現象,引起山體滑坡或岩崩;2~3級地震能掉瓦、牆體出現裂縫;有時1~2級水庫誘發地震也能產生山體振動、轟鳴。這些都是淺源地震的基本特徵。

按照實際的水庫地震震級(MS)與震中烈度(IO),可以擬合出關係式:

MS=1.26*IO-3.99

與天然地震關係式比較:

MS=0.58*IO+1.5或者:

MS=0.68*IO+1.31* lg(h)–1.4(式中h是震源深度)

所以,相同震級的水庫地震震中烈度比起天然地震明顯偏高1~3度,更容易造成地表破壞。

在馬文濤等提供的最高震級與震中烈度的關係圖中,可以明顯看出水庫地震和天然地震的兩條直線的斜率是不同的。

圖9:水庫地震和天然地震中最高震級與震中烈度關係的不同,兩條直線的斜率有很大不同,圖片來源:馬文濤等

5.6小結

對於水庫誘發地震,至今人們的認識還是非常膚淺,還停留在對水庫誘發地震現象的歸納與總結上,而且這些歸納與總結還在不斷地修正之中。水庫誘發地震主要特徵有如:與大壩高度有關,高度越大發生水庫誘發地震的可能性越大;與水庫水位變化(蓄放水)有密切相關;地震震源深度淺,多在地下12公里範圍以內,也有例外,震源深度淺可達32公里;水庫誘發地震震級不會超過6.4級,這個上限已經被打破;與天然地震相比,水庫地震震中烈度明顯高於同一震級的天然地震的震中烈度;震中分佈於水庫邊岸幾公里到十幾公里範圍內;水庫地震延續的時間可能很長;庫垻區有活動斷裂;庫垻區為中新生代斷陷盆地或其邊緣,近代升降活動明顯;岩體深部張裂隙發育,透水性強;庫垻區歷史上曾有地震發生;庫垻區有溫泉等等。

六、積石峽大壩工程和黃河梯級開發

積石山系祁連山延伸部分,是臨夏州境西界中南段自南而北走向排列山峰的總稱,南起土門關,北至黃河邊,全長50餘公里。小積石山北端被黃河攔腰切斷,形成一條長約二十五公里的峽谷,這條峽谷就叫積石峽,是黃河上游著名的峽谷,傳說是大禹治水開鑿而形成[22]。

積石峽水庫大壩工程位於黃河幹流,青海省循化縣境與甘肅省積石山縣交界處,距循化縣城30公里,距積石山縣城約5公里,積石峽水電公司則在青海民和縣官亭鎮。積石峽水庫大壩工程是黃河上游龍羊峽至青銅峽河段規劃25座水電站的第11座,2005年5月1日開工建設,2010年年底全部建成、發電。積石峽水庫正常蓄水位1856米,最大壩高103米(一說100米),總庫容2.635億立方米,為日調節水庫,水位升降幅度大,變化頻繁。總裝機容量1020兆瓦,保多年平均發電量33.63億千瓦時[23]。

圖10:積石峽大壩工程,圖片來源:百度百科

據中新社記者12月19日從中國國家電投黃河上游水電開發有限責任公司(簡稱「黃河公司」)獲悉,甘肅積石山縣6.2級地震致積石峽水電站三台機組跳閘、孟清線跳閘。經過搶修已全部併網歸調,目前電站運行平穩[24]。

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在谷歌地圖衛星照片上可以找到積石峽水庫大壩的位置和俯瞰圖像,但是在原位轉化為谷歌地圖,則積石峽大壩和垻後的水庫全部看不見了。同樣情況也發生在此河段的多座水庫大壩。

圖11:積石峽大壩工程,圖片來源:谷歌地圖衛星照片

圖12:看不見的積石峽大壩工程和水庫,圖片來源:谷歌地圖

從地理、地貌和地質學上說,所有的大峽谷都是地質斷裂所形成的,本來地質條件就十分複雜和不穩定。在地質不穩定的峽谷上建起大壩,垻高有高達100米或者超過100米,大壩上游的水位比下游高出幾十米甚至一百多米,那麼就是在大壩垻址上下造成了巨大的不均衡的壓力差。這麼巨大的壓力差加在一個地質斷裂上,本身就可能引起斷裂運動,誘發地震。高壩後面的水庫蓄水所形成的高水壓,使得庫水能夠進入深層斷裂的裂隙,使得斷裂更加容易滑動,滑動的距離也更大。按照杜運連等的總結中國垻高100米以上水庫發生地震概率為25%,積石峽水庫大壩工程誘發地震的可能性應該不會低於25%。

圖13:積石峽、積石山地震震中和積石山縣城,圖片來源:如圖所示

七、黃河上游的水電梯級開發

前面只談到積石峽大壩工程這一個水庫大壩工程。積石峽大壩工程只是黃河上游龍羊峽至青銅峽河段水電梯級開發25座中的一個。

黃河上游龍羊峽至青銅峽河段全長890公里(一說918公里),落差1400多米,在這裏規劃建設了25座大型水庫大壩工程,其中拉西瓦大壩最大壩高250米,龍羊峽大壩最大壩高178米,李家峽大壩最大壩高155米,公伯峽大壩最大壩高132米,積石峽大壩最大壩高103米……在龍羊峽至青銅峽河段幾乎平均每40公里就有一座高壩;在李家峽至積石峽河段更是平均30公里就有一座高壩。

積石峽大壩往西(往上游)至公伯峽大壩60公里,其中還有黃豐、蘇只兩座大壩。積石峽大壩往東(往下游)至炳靈大壩,直線距離10公里,中間還有大河家大壩。如此密集的水庫大壩建設,在中國也是非常少見。

在這裏要考慮的不是積石峽一座大壩工程對生態環境的影響,而是積石峽、黃豐、蘇只、大河家、炳靈等諸多大壩,甚至必須考慮這梯級開發的25座大壩的綜合影響。

圖14:黃河上游龍羊峽至青銅峽河段水電梯級規劃建設25座大型水庫大壩工程,圖片來源:如圖所示

圖15:黃河幹流黃河源至青銅峽河段梯級剖面示意圖,圖片來源:如圖所示

值得注意的是,有地震學者認為,梯級水庫在誘發地震方面,具有疊加效應。2012年,「探索國際」發表署名為約翰•傑克遜(John Jackson)的地質報告《中國西部的地震災害與水電大壩》。作者在中國進行水壩調查後,提出上述地震疊加效應,並假設了最壞的地震情形——一旦發生潰壩事件,海嘯般的力量將直接傳遞到緊鄰的下游水壩,導致致命的多米諾骨牌效應。約翰•傑克遜指出:「梯級方式建大壩,世界其它地區還沒嘗試過」。

此次甘肅地震中青海省民和縣中川鄉發生泥石流,就發生在積石峽大壩與炳靈大壩之間的炳靈水庫的北岸。黃河梯級開發應該是造成泥石流的最主要原因。

八、結束語

積石峽水庫大壩工程與2023年積石山縣地震幾乎滿足了上述全部水庫誘發地震的主要特特:大壩高度103米;水庫為日調節水庫,水位變化頻繁;庫垻區有活動斷裂;岩體深部張裂隙發育,透水性強;庫垻區歷史上曾有地震發生;地震震源深度淺;水庫地震震中烈度明顯高於同一震級的天然地震的震中烈度等等。黃河上游龍羊峽至青銅峽河段的梯級開發,起到了地震疊加效應。如果一座積石峽水庫大壩工程誘發水庫地震的可能性為25%,那麼黃河上游龍羊峽至青銅峽河段的梯級開發,特別是在積石峽水庫大壩上下游的密集建垻,就如范曉所言,這些大型水庫誘發地震的比率為100%。如今的問題不是誘不誘發地震的問題,而是誘不誘發破壞性強震或巨震的問題。

水庫大壩工程安全的核心不單單是大壩本身,更重要的是受大壩工程影響(如水庫誘發地震影響)的居民生命與財產安全。正如此次積石山縣地震一樣,在經歷了烈度為VIII度的地震後,據說積石峽大壩總體安全情況可控,震區內幾百座水庫大壩也經過所謂的檢查。但是震區幾萬間房屋倒塌,起碼148人失去生命,大壩工程的安全問題並沒有得到解決。在建大型大壩工程時中共政府總是宣傳:「建一座大壩、保一方安瀾、促一方發展、造一方民富」。通過積石山縣地震,人們看到了殘酷的真相是:「建一座大壩、毀一方家園、造一方墳塋、促一方返貧」。

水庫誘發地震是指因人工修建水庫、蓄水後水位變化引發的地震,是一種與人類工程活動相關的地質災害現象,它不是天災而是人禍。

後記

李世和是筆者在南京大學時的室友。他來自甘肅永登縣農村,是一位回鄉知青,擔任農村小學教師。永登縣是甘肅最貧窮的地區,就在積石山縣的北邊,與青海交界。大學畢業後李世和被分配到甘肅省建設廳,不久就被提拔為處長。接着被任命為永登縣縣委書記,回到家鄉領導脫貧,不久便死在任上。有人說他是死於肝癌,也有人說他是喝酒喝死的。筆者下鄉九年,知道縣、鎮級領導都能喝酒,他們最大的工作就是喝酒,和上級喝與下級喝,一天起碼喝幾頓大酒,大多數決策都是在酒桌上做出的。「出師未捷身先死,長使英雄淚滿襟」,世和室友英年早逝,令人扼腕。同學小喻說:「要是世和兄還在,必是西北GDP運動中的猛將」。

注釋

[1]Gansu earthquake: scientists in China believe they received an ominous signal days before,來源:南華早報,2023年12月20日,https://www.scmp.com/news/china/science/article/3245648/gansu-quake-scientists-china-believe-they-received-ominous-signal-days

[2]高清揚、溫璐:中國地震局:甘肅臨夏州積石山縣6.2級地震為逆沖型破裂,來源:人民網,2023年12月19日09:02,http://society.people.com.cn/n1/2023/1219/c1008-40142178.html

[3] M5.9–37 km WNW of LinxiaChengguanzhen, China,https://earthquake.usgs.gov/earthquakes/eventpage/us7000ljvg/executive

[4]百度百科:12·18積石山地震,https://baike.baidu.com/item/12%C2%B718%E7%A7%AF%E7%9F%B3%E5%B1%B1%E5%9C%B0%E9%9C%87/63857970

[5]記者郭超凱、馮志軍、李江寧:甘肅積石山6.2級地震烈度圖公佈,中國新聞網,2023年12月22日22:12,https://www.chinanews.com.cn/sh/2023/12-22/10133811.shtml

[6]中國地震死亡人數增至148人,TRT,22.12.2023,https://www.trt.net.tr/chinese/hua-ren-shi-jie/2023/12/22/zhong-guo-di-zhen-si-wang-ren-shu-zeng-zhi-148ren-2079819

[7]Liz Lee、Qiaoyi Li、Ryan Woo:中國甘肅地震死亡人數上升,許多房屋倒塌,RNY中文,2023年12月20日,https://www.rnz.co.nz/news/chinese/505207/article

[8]高清揚、溫璐:中國地震局:甘肅臨夏州積石山縣6.2級地震為逆沖型破裂,來源:人民網,2023年12月19日09:02,http://society.people.com.cn/n1/2023/1219/c1008-40142178.html

[9]M5.9–37 km WNW of LinxiaChengguanzhen, China,https://earthquake.usgs.gov/earthquakes/eventpage/us7000ljvg/executive

[10]江峰時刻:詭異!災難遲緩症的習近平為何對甘肅地震迅速指示?救援隊到場不到24小時撤離?救人還是封鎖?蘭州提前舉行同震級同震源預演?新疆甘肅不同一構造帶為何同時爆發同級地震?【江峰漫談20231221第787期】,2023年12月21日,https://www.youtube.com/watch?v=iik0hQV34ek

[11]記者黎小葵:甘肅地震秘密曝光?外媒揭中共正悄悄重建核試場,看中國網,2023年12月23日,https://www.secretchina.com/news/gb/2023/12/23/1052056.html

[12]記者李木子:6.2級人為地震?爆甘肅3個月前舉行大型演練,看中國網,2023年12月21,https://www.secretchina.com/news/gb/2023/12/21/1051909.html

[13]全國地震標準化技術委員會:水庫誘發地震危險性評價(Reservoir-induced earthquake hazard assessment),發佈日期:2018年11月24日,中國安全生產協會網,https://china-safety.org.cn/Article/Detail_1145_26_1192_9_1273.html

[14]馬文濤、藺永、苑京立、李海鷗、徐長朋、羅佳宏:水庫誘發地震的震例比較與分析,地震地質,第35卷第4期,2013年12月,https://www.dzdz.ac.cn/CN/10.3969/j.issn.0253-4967.2013.04.020

[15]肖安予:水庫誘發地震若干震例的初步分析,華南地震,1982年,https://www.cgsjournals.com/zgdzdcqkw-data/swdzgcdz/1982/03/PDF/SWDG198203008.pdf

[16]科學時報記者王靜:陳厚群院士:三峽水庫蓄水和汶川地震無關,《科學時報》,2009年9月25日,https://www.cea-igp.ac.cn/Uploads/Attach/mrbj/2595218096.pdf

[17]陳顒:汶川地震是由水庫蓄水引起的嗎?中國科學D輯:地球科學,2009年,39(3):257-259,刊登在新語絲網,http://xysblogs.org/amsel/archives/4298,記者張素:專家:四川九寨溝7.0地震不是水庫地震,中國新聞網,2017年8月12日,刊登在中華人民共和國水利部網,http://www.mwr.gov.cn/xw/mtzs/qtmt/201708/t20170812_974082.html

[18]杜運連、王洪濤、袁麗文:我國水庫誘發地震研究,地震,2008, Vol.28›› Issue(4):39-51,http://dizhen.ief.ac.cn/CN/abstract/abstract1013.shtml

[19]肖安予:水庫誘發地震若干震例的初步分析,華南地震,1982年,https://www.cgsjournals.com/zgdzdcqkw-data/swdzgcdz/1982/03/PDF/SWDG198203008.pdf

[20]范曉:汶川大地震地下的奧秘,中國國家地理,2008年第6期,http://www.dili360.com/cng/article/p5350c3d7ace2b28.htm,水博:欲蓋彌彰的「地下奧秘」——評《中國國家地理》的「汶川大地震:地下的奧秘」,新語絲,2008年6月29日,http://www.xys.org/xys/ebooks/others/science/misc/wenchuan437.txt

[21]李文、寧妍:汶川地震與水庫有關?30/04/2013年4月30日,刊登在《三峽探索》,http://www.sanxiatansuo.com/index.html?index=view&vid=490

[22]微游甘肅甘肅省文化和旅遊廳官方澎湃號:大禹治水導河積石的源頭原來在這裏,2022年9月21日,澎湃網,https://m.thepaper.cn/newsDetail_forward_19995205

[23]百度百科:積石峽水電站,https://baike.baidu.com/item/%E7%A7%AF%E7%9F%B3%E5%B3%A1%E6%B0%B4%E7%94%B5%E7%AB%99/3270857,積石峽發電分公司信息公開,黃河上游水電開發有限公司,2022年11月4日,http://www.hhsd.com.cn/open/catalogue/sgdw/07/41282.html

[24]記者孫睿、李龍、紫麗:地震致積石峽水電站三台機組跳閘經搶修已併網歸調,來源中國新聞網,刊登在搜狐網,https://www.sohu.com/a/745316026_162758

阿波羅網責任編輯:李廣松

來源:議報

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