文/张博庭
2012年7月加拿大的國際探索(Probe International)发表了一篇《中國西部的地震災害与水電大壩》的文章。财新网的記者劉虹橋随后也写了篇《中國西部大壩地震災害被低估》的文章。我认为这两篇文章的存在的问题是,作者和记者似乎不懂得,一个建筑物的安全性如何,并不是仅仅由该地区的地震强度决定的。所以就写了一篇《地震高发区水坝的抗震安全有保障》文章,解释了水坝水电站工程抗震的机理和可靠性。
在那篇文章中。我曾怀疑该加拿大文章的作者(约翰,杰克逊)不是一位地质学者,因为不仅他的文章的观点违背科学常识、错误百出,而且,还不肯署名,我们要想找作者探讨都没门。最近,作为对我文章的回应,财新网的記者劉虹橋又在2012年10月第39期的财经《新世纪》周刊上发表了一篇题为《水库诱发地震隐忧》的文章(下称:隐文)。隐文开头就介绍说“报告作者约翰•杰克逊是一位从事地震和断裂带研究40余年的美国地质学家。他实地走访了中国西部河流上已建、在建以及计划建造的130多座大坝坝址,对中国西部的雅鲁藏布江、帕隆藏布江、怒江、澜沧江、雅砻江、大渡河、岷江及黄河上游等地的大坝选址与地震危险区进行比较研究发现:---”。
这段话,显然是记者在回答我对匿名作者身份的怀疑。不过,这个答复并不能令人满意。如果记者真有诚意搞清我们所争论的问题的话,就应该明确告诉我该作者的真实身份。这样我完全可以直接与作者交流观点,记者则可以在我们的直接交流中,作出自己的判断。而不是像现在这样,让我在与一个不肯暴面的匿名“专家”虚拟辩论,而且还需要由一个完全不懂行的记者在中间进行“传话”。这样的辩论,怎么能不出笑话呢?
其次,记者所说的关于“作者约翰•杰克逊是一位从事地震和断裂带研究40余年的美国地质学家。他实地走访了中国西部河流上已建、在建以及计划建造的130多座大坝坝址”的身份介绍,也令人十分生疑。说实在的,我已经在中国专门从事水电工作30多年了。但是,我考察过的坝址,也还没有达到130多。不仅是我,我问过很多在一辈子中国专门从事水库地震研究的同志,他们几乎也都没有这位匿名的所谓美国专家所考察过的中国坝址多。记者不要把伪环保组织惯用的游山玩水也当成河流考察。请注意,考察坝址与考察河流不同。如果没有规划人员的带领,已建电站的坝址不会让你去考察,未建、待建电站的坝址,你也不会知道具体的位置。这就是我们这些经常穿梭于各水电工地之间的专业工作者,也无法考察很多坝址的原因。
另外,财新记者的隐文并也没有解释我对匿名作者的最大质疑点,那就是他居然不理解工程抗震的最基本的概念,把地区的地震的烈度等同于建筑物的安全性。其实,这才是我们争论的主要焦点。在这里,为了能把问题讨论清楚,我们最好不要把工程抗震的问题,与水库诱发地震的问题搅在一起说。因为,关于工程如何抗震的问题,科学界几乎没有什么争论。而关于水库诱发地震的问题,却存在许多不同观点和争议。如果把这两个问题搅在一起,给公众的概念,似乎就是这两个问题都是说不清的。其实,则不然。
一、工程抗震问题
关于工程的抗震,记者在隐文中介绍的“对此,张博庭解释称:“断层是无坚不摧的,所有大坝在设计时都躲开了断层,所以全世界目前还没有发生过由于地震导致水库垮坝的事情。”他认为,在摸清地震分布情况、避开断层的前提下,建筑物只要达到一定抗震设防标准,即可保证建筑安全。”的说法,非常不准确。
这些内容并不是我的解释,而是当前水利水电工程界抗震的的基本共识。至于记者所引述的话,最初也是中国地震局地质研究所副所长,国家地震安全性评定委员会副主任委员,国家重大科学工程《城市地震活断层探测与地震危险性评价》的首席科学家徐锡伟研究员所说的。目前全世界之所以能在地震高发区放心的建设高楼大厦,以及各种各样的水库大坝,都是基于这一基本的抗震原则。
令人感到奇怪的是,号称从事了40多年专业的匿名作者竟然完全不了解这一点,居然认为凡是在地震高发区建水坝,就是高风险的。众所周知,实体的水坝的坚固程度肯定要好于结构复杂的高楼大厦。而美国的洛杉矶、日本的东京、中国的唐山,都是地震高发区,地震工作者为什么敢在那里建高楼大厦呢?就是因为他们掌握和运用了前面所述的科学抗震原则。我国的唐山经历了1976年的大地震灾难之后,现在已经完全建成了一座崭新的抗震型城市。唐山的地震的活动断层,现在是城市中的绿化带。在断层之外,所建筑的房屋只要达到了相应的抗震标准,就完全不会在未来的大地震中再出现灾难性的后果。
尽管某一地区的地震烈度高,那里地震的破坏力确实就要大一些,但是,那里的建筑物安全与否,则不是仅仅取决于地震的可能烈度。科学的抗震必须要首先是躲开活动断层,否则的话,即使是不太大的地震,建在同震错动断层上的建筑物也会垮塌。而躲开了断层之后,其建筑物的安全性如何,则主要是取决于该建筑物的设计抗震能力。
如果我们不能这样科学的抗震,即使在地震烈度不高的地区,同样会发生重大的灾难。一方面,坐落在地震活动断层上(注意,不是指笼统的断裂带)的建筑物,即使是遭遇烈度不高的地震,也很难抵抗地震中的错动和撕裂(用徐锡伟所长的话说是,同震错动层无坚不摧)。另一方面,不具备相应抗震标准的建筑物,也会在地震的剧烈晃动中,造成大量的伤亡。
今年9月7日,我国云南的彝良发生了5.7级的地震,就造成了近百人死亡。而在一个多月后的10月8日,加拿大夏洛特皇后群岛发生了比我国彝良地震大近百倍的7.7级的地震,但由于当地的建筑物抗震性较好,则几乎没有一个人伤亡。事实说明,在当今的科技水平下,某处的地震危险度如何,主要已经不在于那里的地震烈度,而很大程度上在于是否采取了科学的抗震措施。地震高发区高楼大厦的建设,尚且如此,结构上比高楼大厦坚固得多的实体水坝,怎么就会让记者如此隐忧了呢?
不管是天然的构造地震还是由水库诱发(触发)的地震,毕竟都是地震。地震高发地区,可以进行工程建设,这一科学结论,是经过无数国家的实践检验过的。现在,全世界已建有数万座水库大坝,之所以到目前为止,全世界还没有发生过由地震引起的垮坝的次生灾害,主要的原因就是:水坝的建设比普通的公民建筑物更加注重科学的抗震。
因此,记者的《水库诱发地震隐忧》文章中的所争议的问题除了“汶川地震诱因争议”这一问题外,其余都是有了明确答案的。什么“危险性尝试”,什么“梯级开发冒险”都是一些不值得一驳的无稽之谈。特别有意思的是,记者在文章中还提到了“约翰•杰克逊则引述了一条地质学常识:断层带只存在于地下,仅当断层带引发地震露出地表时,地质学家才可识别这些地表断层。”。显然,按照这种说法,目前科学界公认的躲开地震活动断层的科学抗震方法,似乎就是根本不可能的。
而事实上,这位匿名的作者所说的这种常识根本就不存在。地震带上的大多数断层,都是可以根据地表的特征观测到的。当然也有相当一部分需要通过地下勘探来确定。这才是常识。其实,咱们这位匿名的作者自己恐怕也不相信他自己所说的“常识”,否则的话,他还有必要招摇撞骗地强调他亲自考察了中国多少个坝址吗?
隐文中还叙述了这样一段“马文涛指出,目前被工程界广泛使用的地震烈度区域分布图,乃是基于该地区历史地震和活动断裂情况综合统计得出。由于地震台网精度所限,对活动断裂的监测能力不足,加之许多地区的历史地震情况资料缺乏,很难达到精确评估断裂分布情况和天然地震风险。”
记者对这段内容的引用,似乎是要支持匿名作者的观点,但实际上却是对匿名作者“常识”说的一种否定。马文涛所说的“由于地震台网精度所限,对活动断裂的监测能力不足,加之许多地区的历史地震情况资料缺乏,很难达到精确评估断裂分布情况和天然地震风险”的确是我国目前的一种现状,但也并非是说我国全国所有的地方,都是如此。更不是说地震的断层位置,完全不可知。
例如,前面我们所提到的中国地震局地质研究所徐锡伟副所长,所承担的我国重大科学工程《城市地震活断层探测与地震危险性评价》,就是要精确的确定所有贯穿全国主要城市的数百条地震活动断层。以便让今后的建筑物,躲开这些断层。目前,他们的这一科研项目已得出最后的成果。这将预示着,未来我国城市建筑的工程抗震,也有可能像国外一样,基本做到大震也不死人。不仅我国主要城市的活动断层的精确评估已经完成,而且,西南地区任何重要水电站的建设,也都要进行专门的地震评估,精确地确定坝址处的活动地震断层。否则,任何工程都无法落实“躲开活动断层”的抗震建筑规范。
据此,我们再看隐文中的“约翰•杰克逊强调,中国政府应对在地震多发带建设大坝的风险进行有效的第三方研究,并决定是否需要对现有的梯级开发方案做出修订。否则,‘在大坝最高可达150年的使用年限里,中国将被这种具有极高风险性的能源开发方式所带来的地震风险所困扰。届时,惟一的解决方案或许就是停止使用这些大坝,而中国将为此付出巨大的经济代价。’”的说法,更让人匪夷所思。中国的水库地震研究和评价机构,都是独立于开发商的第三方,中国政府难道不能相信自己的所属部门,而非要相信那些连姓名都不敢说出来的外国骗子们?
以上仅是我根据记者的文章所暴露出来的逻辑矛盾和漏洞,推测出来的看法。鉴于此话题涉及到了我国的社会的地震安全,为了慎重起见,我还是想善意的建议,如果这位匿名的作者,确实是一个考察过中国130多座坝址的真正地质专家。我们希望能公开自己的身分,如果必要我们愿意请他再来中国,专门与中国的水库地震专家们进行面对面的交流。
二、关于水库诱发地震问题
关于水库诱发地震问题,我在此前回答匿名作者的《地震高发区水坝的抗震安全有保障》一文中已经详细的说明过。水库地震的能量来自地球板块的移动,所以,由水库蓄水而诱发出地震,是提前释放地震能量的过程。不过,至于某一次具体的地震,到底是不是属于水库地震,确实不像采取工程措施就可以让建筑物抵御大地震那样明确。因为,水库诱发地震的问题,都是基于我们对构造地震发生的机理的假定上进行分析的。然而,这些地震的机理是否准确,则科学上还不能给出最终定论。否则的话,地震的预报预测,也就不会成为世界至今未解的难题了。
具体来说,记者的文章在“汶川地震诱因争议”一节中,主要想宣扬的观点不过就是“在山区,由水库地震引发的滚石、滑坡等次生灾害,很可能是致命的,一次小规模的水库地震可能导致一次更具有破坏力的大型地震。这一观点在过去四年间被国内外科学家热议,各方争论的焦点之一,便是8.0级汶川地震与紫坪铺水库诱发地震的关系。”这样一层意思。
关于“一次小规模的水库地震可能导致一次更具有破坏力的大型地震。”的说法,不能算是过去四年才热议的。事实上,水库地震的特点之一就是“前震--主震—余震”型的地震,所以,很多个“一次小规模的水库地震”前震,完全有可能会“导致一次更具有破坏力的大型地震”的主震。这恰恰一直是我们判别水库诱发地震的重要方法之一。然而,正因为汶川地震的发生,是几乎没有观测到任何前震的,所以,大多数的地震学者们才不认为汶川地震是水库触发的。
汶川地震并没有监测到先有一个小震发生后,才发生了大地震的纪录。这与以往所有的水库诱发地震的小地震发生一段时间之后,才有大的主震发生的情况,都截然不同。我认为无论如何,地震波的传导,也应该是需要一些时间的吧?具体关于于这种由水库诱发的汶川地震的猜测是否有道理,我国一些从事地震科学的院士包括《中国科学报》曾经多次就这一问题进行过论述。因此,有关的内容,本文不再详述。(请参见:《科学家详解汶川大地震的13个科学问题》)
这里我们只是对财新记者在文章中所提出的论点,进行必要的分析、评论。文章先举例说“支持紫坪铺水库诱发地震导致汶川8.0级地震的一方,则拿出了论证材料。2008年12月,《地震地质》杂志刊登一篇来自中国地震局地质研究所、日本产业技术综合研究所和四川省地震局的研究论文称,根据综合分析,可初步判定紫坪铺水库在其蓄水过程中,对地下龙门山中央断层和山前断层作用明显。文章指出,汶川 8.0级地震是否受到该作用的触发而提前发生,是‘一个不应该回避而值得进一步研究的科学问题’。”
记者所举的这个例子,是2008年第四期的《地震地质》杂志的《地表水体对断层应力与地震时空分布影响的综合分析》这篇文章的内容。不过,如果记者看过内容,她就会发现,该文章完全是对记者所要证明的结论一种否定。那篇文章虽然也提出了汶川地震,可能是由紫坪铺水库的蓄水引发的观点,但是,所阐述的意见,却与记者前面所说的“一次小规模的水库地震”瞬间“导致一次更具有破坏力的大型地震”完全相左。因为这篇文章,使用了计算机程序模拟地震发生的每一个过程,所以,计算的结果对地震的初始爆发点,显示得非常明确。该文章的地震起始震源点,就是实际观测到的震中,而绝不是记者所提出的“一次小规模的水库地震”那个点。也就是说,这篇文章的内容,恰恰是在用程序模拟计算的过程,证明了记者前面所提出来的猜测假设是错误的。因此,记者的“支持紫坪铺水库诱发地震导致汶川8.0级地震的一方,则拿出了论证材料。”的说法,非常有欺骗性。实际情况是:支持紫坪铺水库诱发地震导致汶川8.0级地震的一方,则拿出了相互矛盾的论证材料。
不过,《地震地质》杂志的这篇文章,确实也是持有紫坪铺水库直接引发了汶初地震的观点。由于这篇专业杂志发表的文章,作者都是地震研究部门的专业人员。所以,在这篇文章发表后。我曾经和专门搞水库地震的陈厚群院士等人一起,与文章的作者,以及作者所在单位中国地震局地质研究所的领导、院士,一起进行过沟通。我们讨论后的看法是:这种方法的简化计算,存在着较大的纰漏。因为他们假定,地层的介质始终是一致的。然而,实际上,地下的岩层的特性,是随着底层的深度不同而发生变化的。由地表附近的脆性岩石,经过一个脆、韧转化带,再到深层的韧性岩层,最后到深层地下将变成完全液态的岩浆。
而文章作者们的计算程序模型,没有考虑这种地下岩层的差别和变化,所以,得出来的结果也一定是不准确的。尽管他们在紫坪铺的水库地震的模拟上,曾经得到了与实际结果非常近似的结果。但是,仍然不能推广。什么理由呢?大家可以设想,如果这个程序真的能够通过已知的一些参数和水库的几次蓄水泄水的荷载变化,就能准确的模拟计算出水库诱发的地震的话,那么,我们岂不是可以用这个程序计算出任何一座水库蓄水后,到底会在什么时候,可以引发生多大的水库地震了吗?这样的成果,足以获得诺贝尔奖。
关于财新记者文章的“2009年4月,四川省地震局高级工程师胡先明等人,基于紫坪铺库区自2004年8月至2007年12月间的262次小震震源机制的研究,认为紫坪铺水库此前诱发的汶川水磨地震群与此后的汶川8.0级地震的震源机制一致。”的说法,基本上不可信。请注意“水磨地震”并不等于水库地震。这些地震监测数据,都是在界内公开的,如果真与让人高度关注的汶川地震“机理”一致,学术界大多数人应该早就发现了,绝不需要等到地震发生一年以后,再由几个人“研究”出来吧?
记者文章中的“2011年3月,中国地震局地质研究所副所长徐锡伟等人撰文指出,紫坪铺水库地处高烈度区,在水库蓄水前即存在较为频繁的小震或弱震活动。而在紫坪铺水库2005年蓄水之后,在一定水压和水渗透作用下,汶川8级地震的震源机制逐步由以逆冲断层型为主,转变成以走滑型为主。”的说法,也是一种断章取义的解释。
这应该是徐锡伟副所长在我们学会召开的会议上的发言内容,我当时就在场。他的意见,分明是汶川地震不可能是紫坪铺蓄水引发的。事实上,徐所长所说的话,其实也是在否定汶川地震有紫坪铺蓄水造成的说法。他强调的“在水库蓄水前即存在较为频繁的小震或弱震活动”,恰恰说明,那里没有水库地震通常应该具备的,蓄水前非常平静,而蓄水后则出现了“较为频繁的小震或弱震活动”的异常现象。
另外,关于“2005年蓄水之后,在一定水压和水渗透作用下,汶川8级地震的震源机制逐步由以逆冲断层型为主,转变成以走滑型为主。”的说法,到底代表了什么意思,我们只要对照一下事实,就不难做出判断了。因为,汶川地震的振型非常明确,就是一次典型的逆冲为主型的大地震。记者在引用专家预言的过程中,是否出现了语态上的问题?请记者去仔细核对。否则,不应该把专家表达意思完全扭曲。
在那次会议上,徐锡伟还总结说“活动断层我们可以有把握地通过详细勘查、断错地貌分析与测量和年龄样品的测试很好地确定和鉴定,把活动断层准确的空间位置确定下来。活动断层是地质灾害的源,地震灾害源是什么概念呢?是一个同震地表错动的线状带,它的同震错动可对地表建筑物的产生直接毁坏,此外还有由于它的震动产生地震波,传播出去以后对房屋的震动破坏。从前几年地震的例子可以看到,离开断层,只要不遭受地震断层的直接错动破坏,那么有些房子即使靠断层较近,也可能是安全的:裂而不倒。所以,我想如果能够对坝址区的断层进行活动性鉴定,就能够避让可能发震的活动断层,坝址区不要横跨活动断层,这样,即使发生地震,可以有效地减轻地震灾害损失。”
由此,大家就不难看不出来,财新记者所引述的著名专家,到底是在支持记者的观点,还是批判他的观点了吧?总之,我觉得,记者在文章中断章取义的引证人物和论据,确实有鱼目混珠的误导读者的嫌疑。
参考对照文章:《水库诱发地震隐忧》
该原文刊于2012年10月财新《新世纪》周刊2012年第39期
危险性尝试
2012年以来,中国西南地区多个大型梯级水电开发项目获国家发改委批复。大坝建设的安全性成为争议的焦点。
7月,加拿大非政府组织“国际探索”发布《中国西部地震灾害与大坝》研究报告。报告作者约翰•杰克逊是一位从事地震和断裂带研究40余年的美国地质学家。他实地走访了中国西部河流上已建、在建以及计划建造的130多座大坝坝址,对中国西部的雅鲁藏布江、帕隆藏布江、怒江、澜沧江、雅砻江、大渡河、岷江及黄河上游等地的大坝选址与地震危险区进行比较研究发现:48.2%的大坝坐落在高至极高的地震灾害危险区,其余有 50.4%在中度地震危险区,仅有 1.4%在地震灾害低危区。报告指出,中国在西部地震高发区建设的大坝数量目前正高速增长,这是对经济和国民有潜在灾难性后果的“危险尝试”。
上述报告很快引起中国学界和业界的关注。8月24日,中国水利发电工程学会副秘书长张博庭撰文回应,地震高发区水坝的抗震安全有保障,水库可诱发小地震释放能量,避免大地震发生,且水电站建设有助于当地的抗震减灾。
双方观点针锋相对。
汶川地震诱因争议
在山区,由水库地震引发的滚石、滑坡等次生灾害,很可能是致命的,一次小规模的水库地震可能导致一次更具有破坏力的大型地震。这一观点在过去四年间被国内外科学家热议,各方争论的焦点之一,便是8.0级汶川地震与紫坪铺水库诱发地震的关系。
位于岷江上游的紫坪铺水库属大型水库,西北库尾至映秀镇下游。2005年9月开始蓄水,在2008年汶川地震发生前,紫坪铺水库共经历了三次蓄水、两次放水。
2009年1月,美国《科学》杂志发表了一篇题为《四川大地震的人为诱因》的文章,将四川大地震成因归咎于紫坪铺大坝的蓄水。
对此有学者反驳称,汶川震源深度为14公里,库水无法渗透如此之深以诱发地震;现有的水库地震案例最大震级仅为6.3级,水库无法诱发8.0级地震。
张博庭则援引加拿大蒙特利尔大学工学院嵇少丞教授关于岩层与地震关系 “强岩强震,弱岩弱震,软岩无震”的说法,指出在水库地震区域内,由于高压水体的浸润,可能会产生强岩变弱,弱岩变软的效果。“所以水库蓄水之后,很可能会有助于减小该地区地震的强度。”
支持紫坪铺水库诱发地震导致汶川8.0级地震的一方,则拿出了论证材料。2008年12月,《地震地质》杂志刊登一篇来自中国地震局地质研究所、日本产业技术综合研究所和四川省地震局的研究论文称,根据综合分析,可初步判定紫坪铺水库在其蓄水过程中,对地下龙门山中央断层和山前断层作用明显。文章指出,汶川 8.0级地震是否受到该作用的触发而提前发生,是“一个不应该回避而值得进一步研究的科学问题”。
2009年4月,四川省地震局高级工程师胡先明等人,基于紫坪铺库区自2004年8月至2007年12月间的262次小震震源机制的研究,认为紫坪铺水库此前诱发的汶川水磨地震群与此后的汶川8.0级地震的震源机制一致。
2011年3月,中国地震局地质研究所副所长徐锡伟等人撰文指出,紫坪铺水库地处高烈度区,在水库蓄水前即存在较为频繁的小震或弱震活动。而在紫坪铺水库2005年蓄水之后,在一定水压和水渗透作用下,汶川8级地震的震源机制逐步由以逆冲断层型为主,转变成以走滑型为主。
危险性尝试 梯级开发冒险
除水库诱发地震,金沙江、澜沧江、雅砻江、萨尔温江等流域的梯级水库开放方案的天然地震风险也不容忽视。
中国西南地区位处全球板块运动最活跃的喜马拉雅地震带上,地质构造活跃。根据约翰•杰克逊的分析,在这种中高地震灾害区建造大坝,投入运行后难以回避遭遇天然地震的风险。如此决策无疑是一件异常冒险的尝试。
对此,张博庭解释称:“断层是无坚不摧的,所有大坝在设计时都躲开了断层,所以全世界目前还没有发生过由于地震导致水库垮坝的事情。”他认为,在摸清地震分布情况、避开断层的前提下,建筑物只要达到一定抗震设防标准,即可保证建筑安全。
不过,马文涛指出,目前被工程界广泛使用的地震烈度区域分布图,乃是基于该地区历史地震和活动断裂情况综合统计得出。由于地震台网精度所限,对活动断裂的监测能力不足,加之许多地区的历史地震情况资料缺乏,很难达到精确评估断裂分布情况和天然地震风险。
约翰•杰克逊则引述了一条地质学常识:断层带只存在于地下,仅当断层带引发地震露出地表时,地质学家才可识别这些地表断层。在中国西部活跃的地震带上,新的断层无疑仍在形成之中。
决策需三思
中国从1963年才开始研究水库地震。2004年,中国地震局开始在乌江流域建立中国第一个从全流域考虑、以监测多个水库地震为主要目标的数字遥测地震台网。同年施行的《地震监测管理条例》也明确规定,坝高100米以上、库容5亿立方米以上,且可能诱发5级以上地震的水库,应当建设专用地震监测台网。2007年,中国地震标准化技术委员会发布《水库诱发地震危险性评价》,水库地震评价才有了评价标准。
中国地震局地质研究所不愿具名的专家仍表示,国内对水库地震的研究才“刚刚起步”,现有研究主要在地震低烈度区,对中高烈度地区尚无较完整的个案研究。一位熟悉中国地震研究的地质学家称,直至5•12汶川地震发生后,中国西部地区的水库地震才真正被学界所重视。
中国地震局地质研究所构造物理研究室副主任雷兴林则在文章中指出,如果断层的应力状态偏离其临界状态,水库可能直接触发大震。“尤其是高度100米以上的高坝,更有潜在大地震危险。”
约翰•杰克逊强调,中国政府应对在地震多发带建设大坝的风险进行有效的第三方研究,并决定是否需要对现有的梯级开发方案做出修订。否则,“在大坝最高可达150年的使用年限里,中国将被这种具有极高风险性的能源开发方式所带来的地震风险所困扰。届时,惟一的解决方案或许就是停止使用这些大坝,而中国将为此付出巨大的经济代价。”