三峡水库诱发地震的成功预测及新的认识

摘要：2013年12月16日在三峡库区发生有史以来最大的一次水库诱发破坏性地震（5.1级，震源深度5000米，震中区破坏烈度达到8度），该地震位于先期确定的潜在震源区内，这是一次水库诱发地震成功预测的先例。本文重点描述了水库诱发地震所具有突出特点，即水诱发地震的强度和频度均高于当地天然地震的正常水平。世界上已经发生的四次6级以上破坏性地震无一例外都发生在历史地震活动的空白区。

关键词：水库诱发地震；三峡库区；预报

一、引言

自三峡工程蓄水以来，库区诱发上万次水库地震。2013年12月16日在三峡库区发生有史以来最大的一次破坏性地震，震级5.1，震源深度5000米，震中区破坏烈度达到8度，导致库区大量人员受伤和房屋损毁，震中位于北纬31.1度，东经110.4度（湖北巴东县移民迁建新址）。这次地震位于我们长期研究预期中的潜在震源区内，再次证明水库诱发地震的强度和频度均高于当地天然地震的正常水平，这是一种新的认识。

人类的文明发展与治水的关系密不可分。所谓上善若水，治国之要重在治水，只有河清海晏，人民才能安居乐业天下太平。据典籍《禹贡》记载，我国早在公元前2100年大禹治水，禹别九州，随山濬川，任土作贡，导水注海，则水害既除，地复本生。夏禹一改其父鲧以“堵”为主的治水方略，“疏”水成功，尧帝溢美其绩。禹年七十四，舜始荐之于天，荐后十二年始使禹代摄行天子事。

世界治水史上，考古发现过公元8000年前美索不达米亚以东Zagros地区人类修建灌渠的遗迹。公元6500年以前。底格里斯河与幼发拉底河下游草原上苏美尔人建起过纵横交错的灌溉网络。至今发现最早的水坝位于约旦境内Jawa古城供水水源地，它是由10个土石圈起来的小型水库，水坝最大者有4米多高，80多米长。19世纪正在迅速工业化的西方国家建起了几百座坝高15米以上的土石坝，这些大坝的设计基本上没有什么科学的依据，质量和功能都没有保障，所以水坝坍塌的事故频仍。美国在1930年之前建成的土石坝有1/10是失败的，1889年宾夕法尼亚州的Johnstown上游的一座水坝坍塌，由此造成2200人死于此次灾难。直到1932年阿尔及利亚的Quedd Fodda大坝建成，人们首次观测到水库蓄水后库容的变化和地震活动之间的密切关系。20世纪50～60年代，随着坝工技术的发展，水坝越建越多，库容越来越大，水坝越来越高。谁也不曾想到，正在人们欢呼高坝大库肯定是世界奇观的时候，由衷赞叹“那延伸开来的钢筋混凝土峭壁，那力大无比的起卸机、迷宫般的隧道、巨型的水电站”，以及有关大坝迷人而秀丽的景色的时候，连续四次强烈地震的摇动，使得科技界和工程界突然发现，水库可能诱发地震的发生。近40年来，世界上已经有120多例水库诱发的地震震例，对水库诱发地震的研究也已经有了较为深刻的认识。但是，自三峡工程一期蓄水实现以来，针对水库诱发地震的评价不时见诸如媒介，甚至在高层权威部门和历史性文献中，不断传达出“三峡库区蓄水诱发地震问题已经作了充分论证，认为并不会引发地震”，但论述中又表示“三峡水库下闸蓄水后，有可能诱发地震……，上限震级应该在5.5级左右”。此类相互矛盾的描述，如果只是在学术范围内或对水库地震不太了解的群体中，是可以理解的，但出现在高层决策部门或行业系统，这是令人费解的，至少说明相关职能部门的某些失误和真正专家意见的缺失。故有必要对水库诱发地震的某些突出特点进行总结和描述。

二、水库诱发地震的强度和频度均高于当地天然地震的正常水平：

地震学和地质学现在尚不能全面了解水库诱发地震的全部过程，更不可能准确预报哪一个水坝会诱发地震或多大的地震。然而，截止目前为止已经积累有120多座水库的诱发地震的震例，这些震例中有4例诱发的地震震级超过6级。强烈的地震夺去了许多人的生命并造成了严重的建筑与结构的破坏。鉴于这一现象在社会经济上的重要性，联合国教科文组织早在1970年就成立了一个“Seismic phenomena Associated with Large Reservois”（与大型水库有关地震现象）的工作小组，该小组在对当时所了解的30处大坝进行分析的基础上，得出了几点共识：

1）这些水库约有一半在蓄水或蓄水以后发生地震；

2）这些水库诱发的地震频度和强度均高于当地正常水平；

3）地震的震中位置都在水库区附近。

40多年来水库诱发地震的震例证明，上述结论性认识是客观的和正确的，特别是“水库诱发的地震频度和强度均高于当地正常水平”的认识，据世界上已经发生的四次水库诱发地震震级均超过6级以上，其发生地点都在历史上的无震区、少震区或弱震区。根据我们已经统计的世界上132例水库诱发地震，位于无震区、少震区或弱震区的水库诱发地震约占74%，这是值得我们深思和研究的。

（1） 1962年3月19日，中国新丰江大坝东北约1公里处发生Ms 6.1级强烈地震

此次地震损失严重，有69人死伤，倒塌和损毁房屋2万余间。当时河源皮革加工厂门前的一尊石狮（高1.9m，长0.67m，宽0.49m）逆时针发生11°的扭转，东江和新丰江河流阶地上出现大量雁列式地震缝。大坝虽为混凝土单支墩式大头坝，左右两岸由重力坝与坝肩相连。又因1960年7月18日大坝附近发生过4.3级信号地震而采取了紧急加固措施，大坝抗震设计烈度由Ⅵ度提高到Ⅷ度，但地震仍然导致右岸坝段（13～17号坝墩）108m高程上游面产生82m长的贯穿性水平裂缝，坝段间接缝止水处受损，大坝中部下游发电厂局部破损。

新丰江水库地震的一个突出特点是，区内历史上150公里范围内从未有过破坏性地震的记录，是一个典型的无震区或少震区。1934年以来距新丰江大坝65公里半径范围内只有4次地震，分别是1934年3月12日距大坝65公里处的博罗响水发生过Ⅴ度地震，1937年2月20日在河源县城关（距大坝4公里）发生过Ⅴ度地震，1953年1月1日在河源苟排（距大棋6公里）发生过Ⅵ度地震，1959年秋在河源仙塘（距大坝16公里）发生过Ⅴ度地震。

（2） 1963年9月23日，赞比亚—津巴布韦交界处的卡里巴（Kariba）水库诱发Ms6.1级强烈地震

卡里巴大坝为一双曲拱坝，坝高128米，库容1750×108m3。此次地震并未对大坝造成威胁，也未见伤亡和财产损失方面的报道。震前和震后都有许多地质工作者进行过调查，如邦德（Bond， 1953， 1960），希昌（Hitchon， 1958），尼尔和琼斯（Knill， Jones， 1965），德赖斯代尔和韦勒（Drysdall and Weller， 1966），以及柯克帕特里克和罗伯逊（Kirkpatrick and Robertson， 1968）等。戈尔什科夫（Gorshkov， 1963）还编制过本地区的地震目录。遗憾的是在卡里巴水库蓄水之前（1958年12月）附近没有地震观测台站，水库荷载前缺乏地震动态方面的精确资料。但有一点是肯定的，即卡里巴地区一直被认为是一个无震区。

（3） 1966年2月5日，希腊的克雷马斯塔（kremasta）水库诱发Ms6.2级强烈地震

克雷巴斯塔水库位于希腊半岛西部，坝高165m，库容47.5×108m3，最大水深120m。水库于1965年7月21日开始蓄水，8月底开始诱发地震，11月至次年1月库水水位迅速上升，地震活动渐次增强，1966年2月地震达到高峰，并于5日发生Ms6.2级地震，至年底共记录到2580次地震。令人感到意外的是，主震的前震和余震都达到5.6级。此次地震震中位于大坝以此25公里湖之北端，地震导致1人死亡，60人受伤，倒塌或摧毁房屋1680间，同时还诱发了多起山崩和滑坡。

从大区域范围内（87， 000平方公里）分析，克雷马斯塔水库位于有地震活动的地区，但大坝所在的库区从1700～1965年间没有任何值得重视的地震。1951～1965年期间，在大坝下游40公里处有地震活动，但从1821年直到水库蓄水之前整个流域没有明显的地震活动，属于大范围地震活动区内的地震平静区。

（4） 1967年12月10日，印度的科伊娜（Koyna）大坝发生Ms6.5级强烈地震

印度科伊那大坝形成巨大的希伐基萨加尔湖，库容达27.80×108立方米，最大水深100米。大坝为混凝土重力坝，长853米，高103米。大坝于1962年开始蓄水。随之带有类似爆炸声音的地震开始发生，特别是在大坝附近比较集中。1967年12月10日发生MS6.5级主震，致使200人丧生，1500多人受伤，科伊那纳加尔地区成为一片废墟，百分之八十以上的房屋全毁或不能居住。大坝及附属工程受到不同程度的破坏，大坝18号石柱上吊机塔破坏，大坝坝孔上花砖运动向坝孔中心位移增大，24号石柱上控制室混凝土墙上水平错断，钢梯弯曲，石柱上丁字梁混凝土表层剥落。高山岩体坍落，大量地裂缝雁列式排列。

科伊那大坝位于印度半岛稳定的地盾上，在地质上是典型的稳定区，历史上从未有地震的记录。印度标准研究所（Indian Standards Institution）1962年编绘并于1966年修订出版的印度地震区划图上是地震空白区。大坝蓄水6.5级主震发生后，在1969年至1974年间又突然连珠砲似在库区发生4级以上地震29次。印度地震学家H·K·古普塔和B·K·拉斯托吉在1976年出版的《Dams and Earthquakes》一书中总结认为：科伊那大坝和希伐基萨加尔湖位于印度半岛地盾上，过去认为该地不会有什么大的地震活动。然而，在科伊那地震以后，使我们联想到，尽管半岛地盾在地质上一向是稳定的，但完全排除发生这样地震的可能性是错误的。

三、水库诱发地震的统计

四、结论

本文通过对三峡库区水库诱发地震及全球水库诱发地震的规律性研究，可以得到部分结论性的认识，这种认识既是理论研究的基础又是工程抗震设防的依据，对澄清目前比较混乱的说法亦有裨益，故不揣浅陋示璞于众，以为求教或以正视听：

（1）水库大坝所在地区和库区水位淹没区附近，已经诱发了5.1级水库地震，该震级远大于区内历史上地震活动的水平和强度，国内外水库诱发地震震例亦概莫能外，这一点十分重要。随着三峡大坝工程的建成和我国西部、南部大规模水电工程的开展，水库诱发地震及可能带来的问题日趋显现而突出，加强水库诱发地震方面的研究迫在眉睫，时不我待；

（2）自三峡工程蓄水以来，峡区东段相继密集发生过10000余次地震。2013年12月16日在三峡库区发生有史以来最大的一次破坏性地震，震级5.1，震源深度5000米，导致库区大量人员受伤和房屋损毁，震中位于北纬31.1度，东经110.4度（湖北巴东县移民迁建新址）。这次地震位于我们长期研究预期中的潜在震源区内。

未来水库诱发地震机理的研究，现在仍只局限于个人的研究和经验总结，而国家层面的研究工作尚未开展。作者认为，无论从任何一个角度来看，三峡库区水库诱发地震的机理研究都是十分重要和急迫的科技课题。

参考文献

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