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陈德基解答三峡工程地质问题(含视频)

2014年09月10日  来源: 长江水利网
 
 
陈德基 大师

我国是个多地震的国家。近年来,地震给国民经济、社会、人民财产安全造成很大损害,说起地震,人们经常谈虎色变。三峡工程作为新中国成立以来规模最大的水利工程,是否会诱发水库地震,一直是社会所关注的热点问题,甚至有一些耸人听闻的推断。中国工程勘察大师、三峡工程地质总负责人、长江委地质专家陈德基认为,这是由于很多人并不了解建设三峡工程的过程中,针对这一问题所做的长期大量深入的勘察研究工作,也缺乏对三峡工程所处的地质环境和地震背景的科学了解和全面认识,因此带来很多误解和过分的担忧。他介绍说,三峡工程在前期勘察研究和多次论证过程中都做出预测,三峡工程蓄水后会诱发水库地震,对可能发震的类型、地段和最大震级也都做了分析预判。水库蓄水后发生的地震情况和蓄水前的预测预判基本一致。

修建水库不一定会诱发地震。世界范围统计,13000余座30m以上水坝中,仅有100余个水库地震事例的报导,不足1%。高坝中的比率稍高,我国确认和疑似发生水库诱发地震的水库不足40座,仅占坝高在15m以上水坝总数的1‰,因此总体上而言,发生水库诱发地震的水库所占的比例相对还是是比较小的

记者:您认为修建大型水库一定会诱发水库地震吗?

陈德基:不一定。这个事情全世界做了很多统计研究,我们国家也做了很多研究,修建大坝不会必然诱发地震。全世界见诸报道的统计数,仅在30多个国家中大约有100多座水库发生过水库诱发地震,占高度在30m以上大坝总数的近1%,其中有些尚有争论;我国15米以上的大坝约有3.8万座,发生水库诱发地震的不足40座,仅占总数1‰左右。高坝的比例稍高一些。就百米以上的大坝而言,诱发地震的比例则将近9%。但很大一部分诱发地震是由于库水淹没石灰岩洞穴或废弃矿坑产生的外成因型非地质构造引起的地震,因此不是修建每个水库都会诱发地震,更不会一定是构造型水库地震。总体来讲,水库诱发地震发生的几率不是很大的。

我们预计到三峡水库可能会诱发水库地震,是因为它有一定的地质条件和环境背景,在三峡工程修建以前,我们对三峡工程地区地震地质条件就做了广泛深入的研究,并有40多年的微震监测资料,对地震活动的本体已经掌握的比较透彻。只有在这样的基础之上,我们才有可能判断三峡工程会不会发生水库诱发地震,发生什么类型地震,发生多大震级地震,在什么地方发生。到现在为止,三峡地区一共记录到M0.0级以上地震7100余次,绝大多数(99.8%)都是震级在3级以下微震,非常非常小的地震,如果不是高精度的地震台网记录,人是根本察觉不到的。

1977以来,我们系统针对三峡工程水库诱发地震问题做了专题研究。三峡工程的区域地质环境比较稳定,处于长江中部一个比较稳定的大地构造单元——扬子准地台上,是一个典型的弱震环境,不具备发生强震的条件。水库诱发地震震级不会超过5.5级。

记者:请您谈一谈,针对三峡水库会诱发地震这个问题,你们做了哪些研究工作,以及预测的结论又是什么呢?

陈德基:三峡工程规模大,地理位置重要,国家一直非常重视三峡工程所有重大问题的研究.从1958年就组织全国性的三峡工程的科研,其中包括地质和地震问题的研究。在以后不同时期,地震和水库诱发地震问题,也都一直作为重点问题不断进行研究。

1977年以来,我们就系统针对三峡工程水库诱发地震问题开展专题研究,包括它的区域地质条件、地质构造背景,主要断裂的规模、性质及活动性,区域水文地质条件及岩溶发育状况,历史地震活动特点,测震资料及地震活动本体情况分析等。我们还围绕一些重点问题,采取了一些世界上为一个单项水利工程几乎从未采用过的技术手段加以研究,如大比例尺小面积的航空地球物理勘探、深部地壳结构的人工地震测深、断层活动性的定点位移监测,专用工程地震台网的多次更新改造等。所有有关三峡地区会不会发生强震的问题,都做了非常细致的研究。

从1958年开始,三峡地区就设立了8个地震台,为一个工程设立专用地震台网,且多次进行技术更新改造,并不间断地监测到现在,已有50多年,在全世界也是绝无仅有的,说明对三峡工程地震问题十分重视,必须对地震的活动性有一个充分的了解和把握。

在这些工作基础之上,我们首先得出一个结论,就是三峡工程的区域地质环境比较稳定。三峡工程库坝区处于长江流域中部一个大地构造比较稳定的地质构造单元内,我们称之为扬子准地台。所以对三峡工程区域地质构造环境,历来全国地学界专家的共同认识就是:三峡地区是一个构造稳定条件相对较好的地区,是一个典型的弱震环境。这就决定了整个三峡工程库坝区不会发生很强的地震,这是它的基础。其次,我们围绕水库诱发地震,前后做了30多年的专题研究,包括全国许多大专院校、科研单位、长江委及各省地震、地质部门等不同单位,共同或分别进行研究,得出的结论是一致的,就是三峡地区有可能诱发水库地震,但是震级不会超过5.5级,发震地段集中在一定范围之内或特定的地段上,这些在蓄水前都做了预测。

可以说,三峡工程地震问题的研究,也包括水库诱发地震问题的研究,目前在世界范围比较而言,居于领先地位。从蓄水后10余年的实际检验来看,原来的判断和预测基本上都是可信的。

三峡工程所诱发了水库地震绝大多都是外成因型地震,震级很小,以微震及极微震为主,但在仙女山-九湾溪断层展布区和高桥断层带,可能诱发震级稍大的构造型地震。最大震级不会超过5.5级

记者:你们是如何预测判断三峡水库地震的类型、震级及最大震级不会超过5.5级呢?

陈德基:三峡水库从开始蓄水到现在,一共发生了大于0.0级的地震7100多次,远远高于蓄水之前地震本体值,就是说三峡工程确实是诱发了水库地震。其特点可概括为以下几点:

一、地震频次高多了,小地震发生的频次高于蓄水前的本低值数十倍。

二、地震发生与库水位升降有较好的对应关系。三峡工程分三期蓄水,即135米,156米和175米,每一次抬高蓄水位的初期,地震发生的频率都会随之增高。

三、以微震和极微震为主,3级以下地震占了地震总数的99.8%,这类地震一般人都感觉不到的。大于4级的地震迄今只有4次,最大地震是去年12月16日发生在巴东的5.1级地震。

四、地震主要分布在水库周边10km范围内,而且具有成团(带)集中分布的特点。

五、震源比较浅。42%的震源深度都小于3km。

上述几点都是水库诱发地震的基本特征,所以我们断定三峡工程水库确实产生了水库诱发地震。通过对震中位置分布特点的研究,结合震中区地层与地质构造条件及现场实际核查综合分析,发现几处地震呈密集团块分布的地段,主要位于岩溶发育的石灰岩区以及正在开采和废弃的矿井区,是典型的岩溶型和矿山型水库地震,是由于蓄水之后水体突然大量地涌入石灰岩溶洞里及废弃的矿井中,引起洞穴及矿井壁坍塌陷落,或岩体局部变形破裂,或水体急速进入空腔引起的水锤、气爆效应等。其特点是地震发生位置相对固定,密度大、震级很小、震源很浅。这些地震基本上都是外成因型的地震,震级都不大,一般都在3级以下。,

在三峡工程论证报告和我们提交的可行性研究和初步设计报告中,都预测三峡水库地震主要发生在庙河到奉节这一库段,蓄水后的实际情况证明这个预判是准确的,地震基本都发生在这个库段里。这个库段的地质及环境特点是:石灰岩大量分布,可能引起岩溶型水库地震;很多矿(主要是煤矿)也都集中在这一库段内,矿震也容易发生。这个库段里有几条比较大的断层,预计可能会诱发较强的构造型地震,主要是沿仙女山-九湾溪断层展布区和高桥断层带,我们将它作为可能发生构造型水库地震最危险的地区圈了出来。但从断层的规模、活动性、所处的大地构造环境、历史地震及仪器记录地震的情况综合分析判断. 即使发生构造型地震,其最大震级不会超过5.5级。到目前为止,库区发生的最大地震是去年12月16号发生在巴东的5.1级地震,今年3月在秭归连续发生了2次4.2级和4.5级地震。都是发生高桥断层带附近及仙女山-九湾溪断层展布区,都是在前期预测的范围内.最大震级也低于当初预计的5.5级。

至于你问到我们根据什么判断三峡工程水库诱发地震最大震级不会大于5.5级,前面我已经简单谈到其根据。这个问题可能是社会上最关心的问题,再多说几句。三峡工程位于扬子准地台中部,它在长期的地质发展演化中,逐步形成了一个构造稳定性相对较好的地区。深部地壳结构清晰完整,各壳层基本连续,重力均衡状态较好。新构造运动以大面积整体隆升为主,主要断裂差异活动微弱,不具备发生强震的构造背景。有历史记录以来,库坝区10余个县市无破坏性地震的记载;有仪器记录以来,记录到的最大地震为1979年5月22日秭归龙会观和2013年12月16日巴东县东壤口两次M5.1级地震,地震活动水平较低。因此,三峡地区在地学界公认属于典型的弱震环境,不具备产生强震的地震地质条件和背景。坝区所在的黄陵地块,自形成以来,一直是一稳定程度很高的刚性地块,地震活动极其微弱。这就从总体上把握库区不会诱发强度很大的地震。

三峡工程所诱发了水库地震大多是外成因型地震,震级较小,且其强度和频度都会随时间延长而逐渐减弱,最终达到新的平衡,恢复到蓄水前的状态。但三峡水库由于其运行方式的特殊性,这个过程要比其它水库长一些。

记者:你能谈谈对于三峡工程水库诱发地震的发展趋势有什么看法吗? 

陈德基:根据全世界对水库诱发地震的统计和研究,水库诱发地震发生后,随时间推移会逐渐减弱最终趋于平静,一般是达到最高蓄水位三年左右,少数会超过5年,这是一个规律,是有一定道理的。随着库水对库区周围一定范围内岩土体的各种环境条件所带来的变化和影响逐渐减弱,达到新的平衡后,库水的因素就不再起作用了,再发生地震主要就是天然地震,而不是水库地震了。今后一段时期内,三峡库区仍可能会发生高频次的微小地震,但强度会逐渐降低,最大震级也不会超出三峡工程前期论证的研究结论。

三峡工程自2003年开始蓄水,到现在10年还有水库地震,为什么会延续这么长时间呢?这和三峡水库蓄水和运行方式有关。因为三峡水库不是一次性蓄水到175米,而是分期蓄水。第一期蓄水位到135米,仅有3年时间,库盆水岩平衡条件还未建立,水位又抬高到156m,又会诱发新的地震,又需要一段时间适应,但仅2年时间,新的平衡还没有建立,水位又抬升到170米以上,水库淹没的范围更大了,又需要有一个不断调整适应的过程,建立新的平衡。所以三峡水库不像别的水库那样, 3~5年内水库地震就能平静下来。从2010年水位蓄至175m算起,到现在4年,且每年水位到175米的时间很短,一到汛期就要降低水位防汛,周围地质环境和水的平衡条件建立得非常慢,所以水库地震持续的时比较长。这点很多人不理解。我们估计三峡工程今后若干年,水库诱发地震还会发生,但是频率不会比原来更高,震级也不会超过5.5级。

汶川地震发生在龙门山断裂带上,近期在四川、云南发生的几次地震,历史上就是强震多发地区,都属于天然构造地震,与三峡水库毫无关联。

记者:近几年来,长江上游像四川、云南等地发生了几次大地震,前不久云南鲁甸又发生了地震,有人认为与三峡水库蓄水有关,你同意这种看法吗?

陈德基:三峡工程修了以后,有人质疑汶川地震、鲁甸地震等是否是由于三峡工程引起的。这些年有一种社会现象,就是把所有发生在长江流域的自然灾害都归罪于三峡工程,这是缺乏科学的分析和认真的研究。

首先说汶川地震,汶川地震发生的背景条件非常清楚,发生在龙门山断裂带上。龙门山位于青藏高原向东扩展,强烈挤压,遇到四川盆地比较稳定地块的阻挡,处于二者的结合部位(带)。在这个部位(带)上会积累很大能量,能量积累到一定程度,地壳承受不了,通过断裂来释放,突然爆发发生地震,一旦发生地震,强度就很大。因此,龙门山断裂带就是一个孕育强烈地震的地震带,本身就是这样一个地质背景。

三峡位于构造比较稳定的扬子准地台上,没有什么大的活动构造,不具备发生强震的条件。从三峡水库到龙门山,中间隔着一个稳定条件较好的四川盆地,二者地质构造没有任何联系。三峡大坝距汶川地震的震中约700km,即使在库尾,到龙门山发震断层的距离也在300km以上。其间分布着巨厚的中生代砂岩、泥岩互层的不透水地层,库水与龙门山构造带不存在任何的水力联系。

因此,三峡水库蓄水不可能“触发”汶川地震,这一点现在很多人都认识到了。

2013年发生在四川雅安-芦山和今年发生在云南鲁甸的地震都位于长江上游的金沙江流域,也都是我国西部地震比较强烈的地区,历史上也都发生过6级以上的强震。他们和三峡水库的关系,与汶川地震和三峡水库的关系类似,彼此距离很远,分处于不同的大地构造单元,地壳稳定性和地震活动性截然不同,三峡水库的库水也根本不可能影响到那里,上述地震也同样和三峡水库丝毫扯不上边。

世界上不是每个地方都会发生强震,强震发生在一些特定的地质构造单元上,是在地壳活动比较剧烈的一些地区;而有些地区则不具备发生强震的地质背景。这是在评价一个地区地震危险性时必须首先把握的。

水库诱发地震不是靠水的重量压出来的,100m深的水相当于20多m的岩石重量。三峡水库100多m的水头不会把地下5000-6000m深的岩层压出地震来,主要是水进入地壳以后,造成浅表部岩土体或断裂带的调整性变形引发的地震,不是地壳深部断裂活动造成的,因而震级不会很大,持续时间也有限。

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