摘要

关于积石山县地震的强度,有三个不同的数据,6.2级,5.9级地震和6.0级,虽然数值看相差不大,但是数值背后的地震所释放的能量相差极大。据笔者所知,2023年甘肃积石山县地震是同等强度地震中死亡人数最多的,也是房屋倒塌最多的。甘肃积石山县地震揭露了中国全面脱贫的真相。yibaochina.com

笔者以为,2023年甘肃积石山县地震是一起水库诱发地震,是积石峡大坝工程与黄河梯级开发诱发的一次地震。yibaochina.com

对于水库诱发地震,人们的认识还是非常肤浅,主要是来自对一些水库诱发地震现象的归纳与总结,对此肖安予、杜运连、范晓、马文涛、陈厚群、陈颙等都有论述。水库诱发地震主要特征有如:与大坝高度有关,高度越大发生水库诱发地震的可能性越大;与水库水位变化(蓄放水)有密切相关;地震震源深度浅,多在地下12公里范围以内;水库地震震中烈度明显高于同一震级的天然地震的震中烈度;震中分布于水库边岸几公里到十几公里范围内;库坝区有活动断裂;库坝区为中新生代断陷盆地或其边缘,近代升降活动明显;岩体深部张裂隙发育,透水性强;库坝区历史上曾有地震发生;库坝区有温泉等等。对于水库诱发地震的归纳与总结,人们还在不断地修正之中,最为典型的就是关于水库诱发地震的震级。最初人们认为水库不会诱发地震,后来认为,水库的蓄水重量可能压垮水库下面或者附近两岸的溶洞,形成塌陷地震,但地震震级不可能超过5.0级。后来修正为不会超过6级。在中国新丰江水库发生6.1级地震,印度科依纳水库发生6.5级地震后,认为不可能发生超过6.5级地震。如今8.0级的四川地震也被认为是紫坪铺水库诱发的地震。马文涛等指出,水库诱发地震与天然地震的一个区别就是相同震级的水库地震震中烈度比起天然地震明显偏高1~3度,更容易造成地表破坏。yibaochina.com

积石峡水库大坝工程位于黄河干流,青海省循化县境与甘肃省积石山县交界处,距循化县城30公里,距积石山县城5公里。积石峡水库大坝工程是黄河上游龙羊峡至青铜峡河段规划25座水电站的第11座,2010年年底全部建成、发电。积石峡水库正常蓄水位1856米,最大坝高103米(一说100米),总库容2.635亿立方米,为日调节水库,水位升降幅度大,总装机容量1020兆瓦,保多年平均发电量33.63亿千瓦时。黄河上游龙羊峡至青铜峡河段全长890公里(一说918公里),落差1400多米,在这里规划建设了25座大型水库大坝工程,其中拉西瓦大坝最大坝高250米,龙羊峡大坝最大坝高178米,李家峡大坝最大坝高155米,公伯峡大坝最大坝高132米,积石峡大坝最大坝高103米,炳灵峡大坝(寺沟峡大坝)最大坝高61米……在这一河段几乎平均每40公里就有一座高坝;在李家峡至积石峡河段更是平均30公里就有一座高坝。积石峡水库大坝工程与2023年积石山县地震几乎满足了上述全部水库诱发地震的主要特特:大坝高度103米;水库为日调节水库,水位变化频繁;库坝区有活动断裂;岩体深部张裂隙发育,透水性强;库坝区历史上曾有地震发生;地震震源深度浅;水库地震震中烈度明显高于同一震级的天然地震的震中烈度等等。yibaochina.com

值得注意的是,有地震学者认为,梯级水库在诱发地震方面,具有叠加效应。2012年,“探索国际”发表署名为约翰•杰克逊(John Jackson)的地质报告《中国西部的地震灾害与水电大坝》。作者在中国进行水坝调查后,提出上述地震叠加效应,并假设了最坏的地震情形——一旦发生溃坝事件,海啸般的力量将直接传递到紧邻的下游水坝,导致致命的多米诺骨牌效应。约翰•杰克逊指出:“梯级方式建大坝,世界其它地区还没尝试过”。yibaochina.com

据香港《南华早报》2023年12月20日报道,陕西研究团队在地震前4天,准确预测到了地震范围和震级大小,但是当局没有发出地震预报通知百姓[1]。笔者认为,这应该与水库诱发地震(主震)之前,一些小地震频繁出现有关。yibaochina.com

就在12月19日2时(地震发生后的两小时),青海省水利厅紧急派出10个技术工作组对震区203座水库、305座淤地坝、157座水电站进行安全检查。中电西北院也派出专家组奔赴积石峡、大河家、炳灵大坝工程开展对坝体等构筑物查验。12月19日晚,西北院副总工吴峻峰带队的8名专家再次到达积石峡水电站和大河家水电站,察看了两座电站受灾情况,认为目前两座电站的总体安全情况可控。总体安全情况可控,让人们回忆起武汉疫情一直是“可防可控”,说明未被公开的问题相当严重。yibaochina.com

中共政府在规划建设大型水库大坝工程前大多有不公开的工程可行性报告,内有《水电工程防震抗震研究设计及专题报告》,结论多是某某大坝工程具备抵御设计地震的能力云云。yibaochina.com

但是水库大坝工程安全的核心不单单是大坝本身,更重要的是受大坝工程影响(如水库诱发地震影响)的居民的生命与财产安全。正如此次积石山县地震一样,在经历了烈度为VIII度的地震后,据说积石峡大坝总体安全情况可控,震区内几百座水库大坝也经过所谓的检查。但是震区几万间房屋倒塌,起码148人失去生命,大坝工程的安全问题并没有得到解决。在建大型大坝工程时中共政府总是宣传:“建一座大坝、保一方安澜、促一方发展、造一方民富”。通过积石山县地震,人们看到了残酷的真相是:“建一座大坝、毁一方家园、造一方坟茔、促一方返贫”。yibaochina.com


一、2023年甘肃积石山县地震是同等强度地震中死亡人数最多的


图1:2023年12月18日甘肃省积石山县发生5.9级地震,大量房屋倒塌,是同等强度地震中死亡人数最多的,图片来源:如图所示yibaochina.com

关于积石山县地震强度,有三个不同的数据,中国地震台网称6.2级;美国地质调查局认为5.9级地震;中国地震局地球物理研究和北京大学地球与空间科学学院地球物理学系指出是6.0级。yibaochina.com

据中国地震台网测定,2023年12月18日23时59分在甘肃临夏州积石山县(北纬35.70度,东经102.79度)发生6.2级地震,震源深度10公里[2]yibaochina.com

另据美国地质调查局报告,2023年12月18日15时59分30秒(国际标准时间)在临夏城关镇西南西37公里处发生5.9级地震,震源深度10公里,是浅层逆断层活动的结果[3]yibaochina.com


图2:美国地质调查局:2023年12月18日15时59分30秒(国际标准时间)在临夏城关镇西南西37公里处发生5.9级地震,震源深度10公里,图片来源:美国地质调查局yibaochina.com

中国地震局地球物理研究所和北京大学地球与空间科学学院地球物理学系在地震发生不到2小时后(北京时间2023年12月19日凌晨1时41分)发布的报告指出,地震矩震级6.0级,震源深度10公里[4]。地震局地球物理研究所指出:此次地震以逆冲机制为主,破裂持续时间约8秒,似乎并未造成明显的地表破裂。截至2023年12月19时6时30分,重新定位后得到了150个余震的位置,余震主要呈北北西向分布,震源深度集中在6至15公里。yibaochina.com


图3:中国地震局地球物理研究所和北京大学地球与空间科学学院地球物理学系指出:地震矩震级6.0级,震源深度10公里,图片来源:百度百科yibaochina.com

地震发生时释放出巨大的能量,震级是衡量一次地震释放能量大小的重要指标。地震释放能量与地震震级的关系用下面这个公式来解释:yibaochina.com

E=10(4+1.5*M)yibaochina.com

E为地震发生时释放出的能量;yibaochina.com

M为震级的震级。yibaochina.com

当地震震级为6.2级时yibaochina.com

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

当地震震级为6.0级时yibaochina.com

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

当地震震级为5.9级时yibaochina.com

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

地震震级为6.2级时所释放的能量是5.9级的约2.82倍;yibaochina.com

地震震级为6.2级时所释放的能量是6.0级的约2倍;yibaochina.com

地震震级为6.0级时所释放的能量是5.9级的约1.41倍。yibaochina.com

地震震级定得越高,把生命与财产损失的责任推给天灾就越容易。yibaochina.com

2023年12月22日在甘肃和青海召开新闻通报会,发布《甘肃积石山6.2级地震烈度图》:甘肃积石山6.2级地震最大烈度为Ⅷ度(8度),等震线长轴呈北北西走向,长轴124公里,短轴85公里,Ⅵ度(6度)区及以上面积8364平方公里,其中甘肃省5232平方公里,青海省3132平方公里。此次地震涉及甘肃省3个市(州)9个县(市、区)88个乡镇(街道)以及太子山天然林保护区、盖新坪林场,涉及青海省2个市(州)4个县(市)30个乡镇[5]yibaochina.com


图4:甘肃积石山6.2级地震烈度图,图片来源:如图所示yibaochina.com

而中国地震局地球物理研究在2023年12月19日0时57分制作的震动图与公开发布的地震烈度图有所不同。地球物理研究注解说:综合考虑震区局部的地质构造背景,地质波的衰减特性以及土层对地震动参数的放大效应估计了本次地震的震动图。根据对这次地震预测的震动图分布特征,预计极震区震动烈度可能达到VII度以上,可能受灾范围近6000平方公里。请读者注意图中地震烈度的颜色。yibaochina.com

就是说,在地震发生后的58分后,地球物理研究估计的最大地震烈度是VII度,为了保险起见称:极震区震动烈度可能达到VII度以上。而后来制作的地震烈度图,极震区最大烈度为Ⅷ度(8度),Ⅷ度区面积达331平方公里,而且极震区是两个,一个南一个北,一个大一个小,一个在甘肃一个在青海。yibaochina.com


图5:甘肃积石山地震震动图,图片来源:百度百科yibaochina.com

截至2023年12月22日在中国西北部甘肃省发生的6.2级地震中死亡人数增至148人,其中甘肃省已有117人死亡,邻近的青海省有31人死亡[6]。至12月20日仅甘肃省有超过15.5万所房屋被损坏或摧毁[7]。这是来自官方的报道,真实的死亡人数和倒塌的房屋数量可能永远是个谜。yibaochina.com

据笔者所知,2023年甘肃积石山县地震是同等强度地震中死亡人数最多的,也是房屋倒塌最多的。正如许多中国民众和媒体人所说,甘肃积石山县地震揭露了中国全面脱贫的真相。yibaochina.com

二、发生地震的原因

中国地震台网中心组织专家对甘肃积石山附近地震活动进行研究分析,此次地震位于甘东南地区,距离最近的断层拉脊山北缘断裂约3公里。初步震源机制解结果显示,此次地震为逆冲型破裂。甘东南活动构造区位于中国南北地震带北部,是青藏高原东北缘的一个重要组成区域。受欧亚板块与印度板块的长期挤压作用,该区构造活动强烈,发育着东昆仑断裂、西秦岭北缘断裂、临潭—宕昌断裂、光盖山—迭山断裂、迭部—白龙江断裂、塔藏断裂、岷江断裂、雪山断裂、虎牙断裂等多条深大断裂。此次地震震中附近200公里范围内,1900年以来共发生6级以上3次,均为孤立型或主震-余震型地震[8]yibaochina.com

美国地质调查局则指出:12月18日地震发生的区域是位于青藏高原北缘的板内(即非板块边界)区域。青藏高原构造活跃,该地区地震频繁。自1900年以来,在今天发生的事件的250公里范围内,已经发生了23次M5.5和更大的地震。其中最大的是1927年5月发生在北部的M7.7地震,导致大约40,000人死亡。1927年的地震对古兰武威地区造成了极大的破坏,并引发了破坏性的山体滑坡。1990年4月,发生了M6.5级地震,紧接着发生了M6.3级前震和M6.3级余震,导致至少126人死亡以及大范围的震动破坏和山体滑坡[9]。1993年8月27日青海共和县沟后水库发生溃坝,造成325人死亡失踪,溃坝原因是大坝在之前的一次地震中受到损害而未被发现。yibaochina.com

另有报道说,是核试验引发了甘肃积石县和新疆阿图什市地震。自媒体人江峰在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?》节目揭露:甘肃省是12月18日23时59分发生6.2级地震,震中在积石山县。新疆是12月19日上午9点46分发生5.5级地震,震中在阿图什市。地震深度都是10公里,两地相距3000多公里,更巧的是两个震中的中间却是中共核试验训练基地,也是俗称的“马兰基地”[10]。江峰认为,是核试验引发了甘肃积石县和新疆阿图什市地震。《看中国》也以《甘肃地震秘密曝光?外媒揭中共正悄悄重建核试场》为题予以报道[11]。台湾多家媒体也有关于这方面的报道。有报道说,2023年9月13日,甘肃兰州举行过一场地震演练,演练内容为“兰州市西固区境内发生6.2级地震,震源深度10千米”,与12月18日积石山县本次地震震级和震源深度一摸一样。对此,有网民直言“类似于新冠之前武汉机场的演习”[12]yibaochina.com


图6:核试验引发了甘肃积石县和新疆阿图什市地震,图片来源:如图所示yibaochina.com

三、水库诱发地震

笔者以为,2023年甘肃积石山县地震是一起水库诱发地震,是积石峡大坝工程与黄河梯级开发诱发的一次地震。yibaochina.com

全国地震标准化技术委员会制定的《水库诱发地震危险性评价》(Reservoir-inducedearthquakehazardassessment)对水库诱发地震的定义是指由于水库蓄水或水位变化而引发的地震[13]yibaochina.com

笔者以为中国地震局地质研究所马文涛等在《水库诱发地震的震例比较与分析》一文对水库诱发地震的定义更为准确、完整:水库诱发地震(ReservoirInducedSeismicity, RIS)有别于天然地震,它是指因人工修建水库、蓄水后水位变化引发的地震,是一种与人类工程活动相关的地质灾害现象[14]。特别是是一种与人类工程活动相关的地质灾害现象一句,展现了水库诱发地震的本质,它不是天灾而是人祸。yibaochina.com

对于水库诱发地震,至今人们的认识还是非常肤浅,还停留在对水库诱发地震现象的归纳与总结上。yibaochina.com

人类建造水库大坝的历史有几千年(但是中国古人不推崇建造水库大坝,所以建造水库大坝的历史集中在1949年之后),但是最初认为水库不会诱发地震。后来认为,水库的蓄水重量可能压垮水库下面或者附近两岸的溶洞,形成塌陷地震,但地震震级不可能超过5.0级。胡佛大坝的建设,是大坝建设史上的一个大突破,大坝高为142米,水库库容为350亿立方米,为当时世界最高的大坝和库容量最大的水库。胡佛水库从开始蓄水起,在1936到1937年期间,人们就记录到一百多次可感的地震。在1939年胡佛水库地区发生了震级为5.0级的地震。从那个时候起,水库诱发地震才引起人们注意。此时人们再回头看,1931年,希腊玛拉通大坝工程完工,水库蓄满水后一年,该地区发生了地震。1938又连续发生了震级为5.0级的地震。1933年阿尔及利亚的奎德富达水库地区也发生了诱发地震,但是地震震级不高。有了胡佛水库地震和玛拉通水库地震的案例,人们修正了水库诱发地震震级,认为水库诱发地震震级不会超过5.0级。这个结论持续了二十多年。二十世纪六十年代,情况发生了变化:1962年年中国的新丰江水库发生了6.1级地震;1963年世界上库容最大的赞比亚和津巴布卫的卡里巴水库发生了5.8级地震;1966年希腊的克雷玛斯塔水库发生了6.3级地震;1967年印度科依纳水库地区发生6.5级地震。这样水库诱发地震震级从不会超过5.0级,修正到不会超过6.2级,后来修正到不会超过6.5级地震。在三峡工程水库诱发地震研究中认为,三峡水库会诱发地震,震级不会超过6.5级地震。后修改为三峡水库诱发地震的上限为5.5级,影响到三峡坝址的地震烈度不超过Ⅵ度,三峡大坝等枢纽建筑物均按Ⅶ度设防,所以三峡水库诱发地震不会对大坝安全造成任何影响。2008年四川发生了8级地震(称汶川地震),不少学者指出此次与紫坪铺水库有直接关系,但主事的几位院士极力否认。马文涛等将其也列入水库诱发地震的一个案例。可见对水库诱发地震的归纳总结也在不断地修正之中。yibaochina.com

四、中国水库诱发地震案例数目大幅度上升

1982年广东省地震局地震科学研究所肖安予在做水库诱发地震案例研究[15]时,案例数为63个,来自世界20个国家。美国第一多,12个案例;中国第二多,11个案例;澳大利亚、意大利、苏联并列第三,各4例。yibaochina.com

2008年福建地震局杜运连等做中国做水库诱发地震案例研究时,所用的案例为29个(包括了1个台湾案例),但没有一个案例是在甘肃或者青海的。yibaochina.com

2010年中国地震局地质研究所研究员陈晓利博士制作了《中国大型水库和水库诱发地震分布示意图》。图中的每一个红色三角形代表一个案例。水库诱发地震案例已经超过29个(参见下图)。yibaochina.com

有水库诱发地震案例发生在甘肃和青海交界处。图中的红圈为笔者所加,位置就是发生积石山地震的地方。yibaochina.com


图7:中国大型水库和水库诱发地震分布示意图,图片来源:陈晓利等yibaochina.com

五、水库诱发地震特征的总结

关于水库诱发地震的特征,肖安予、杜运连、范晓、马文涛、陈厚群、陈颙都有论述。yibaochina.com

5.1.陈厚群、陈颙关于水库诱发地震特征的论述yibaochina.com

2008年5月12日四川发生8级地震,中共定义512地震为天灾,而一些科学工作者则指出是紫坪铺水库诱发了512地震。2009年9月25日科学时报记者王静发表了题为《陈厚群院士:三峡水库蓄水和汶川地震无关》[16]的采访报道。yibaochina.com

陈厚群认为,水库地震是指水库蓄水导致环境物理状态的改变,从而在坝址和正常蓄水位淹没范围的库区引发地震的现象。已有的历史数据表明,水库地震发生的概率非常低,水库蓄水引发强震的更少。而且,不是建了水库都会引发地震或凡发生在水库的地震都是水库蓄水造成的。yibaochina.com

陈厚群院士曾任国务院三峡工程建设委员会枢纽工程质量检查专家组组长,担负重要责任。他是江泽民、李鹏在三峡工程论证、建设中所仰赖的留苏归国的专家群体中的一员。陈厚群认为水库诱发地震只能发生在坝址和正常蓄水位淹没范围的库区,就足以说明其水平。在这里陈厚群又搬出所谓的发生水库诱发地震的概率非常低的理论。陈厚群说,历史数据表明,水库地震发生的概率非常低,水库蓄水引发强震的更少。这套理论在三峡工程论证中也用过。yibaochina.com

陈颙院士则提出了水库诱发地震一般具有以下5个特点[17]yibaochina.com

第一,水库地震的震中仅分布在水库及其周围,一般位于水库及其附近5公里范围内,震源深度大多在5公里内,很少有超过10公里的。汶川地震,无论是地震破裂的起始点(微观震中)还是地震破裂延伸方向的距离都远远大于5公里。yibaochina.com

第二,水库诱发地震震级一般较小,目前世界上已记录到的最大的水库诱发地震为6.4级。从全球来看,绝大多数水库诱发地震的震级小于里氏5级,属于弱震或微震,约占水库诱发地震总数的80%以上。而5.0~5.9级的中等强度地震有10例,6.0~6.4级强度地震仅4例。yibaochina.com

第三,水库诱发地震比例较小,全世界已建大中型水库约有1万多座,但已诱发水库地震的仅101座,仅占世界大坝会议已登记的1万多座大中型水库总数的1%左右。yibaochina.com

第四,水库地震具有前震—主震—余震的系列特征,水库地震一般发生于水库蓄水之初,出现一些小地震(前震),以后逐渐增多,强度加大,最大地震(主震)出现在蓄水首次达最高水位时间附近,然后再逐渐减弱(余震)。yibaochina.com

第五,汶川地震是断层逆冲运动造成的,迄今尚未发现过逆冲型的水库地震。yibaochina.com

5.2.杜运连等关于水库诱发地震特征的论述yibaochina.com

福建地震局的杜运连等对中国已经诱发的29个水库诱发地震的资料进行整理,分析库容、坝高对诱发地震的影响,以及蓄水时间长短对诱发地震概率和震级的影响关系[18]yibaochina.com

杜运连等指出,根据前人研究结果认为,水库诱发地震的主要因素有坝高、库容、库域大小、库深、水库升降速率等。上述因素既有区别,又互相联系。林思诚认为,我国已建成坝高15米以上的水库数千座,仅有十多座发生过地震,占1%至2%。可是随着水库坝高的增高,发生水库诱发地震的概率明显增大。中国坝高100米以上水库发生地震的就占25%。yibaochina.com

陈颙院士说,水库诱发地震比例较小,全世界已建大中型水库约有1万多座,但已诱发水库地震的仅101座,仅占世界大坝会议已登记的1万多座大中型水库总数的1%左右。yibaochina.com

但是区分水库大坝的坝高,就可以得出与杜运连等人的结论:大坝越高发生水库诱发地震的比例越高。中国坝高100米以上水库发生地震的就占25%。yibaochina.com


图8:大坝数量世界前十国家,图片来源:黄强等:中国筑坝数量世界之最原因分析yibaochina.com

根据国际大坝数据,中国大坝数量为23841座,稳居世界第一,而美国只有9263座,数量只为中国的38.9%。yibaochina.com

另有数据显示,截至2010年底,中国超过30米的大坝多达5564座,占全世界总数的40%,其中超过100米的大坝210座,最高达305米(锦屏一级)。另外还有坝高314米的双江口即将完工。如果按照中国坝高100米以上水库发生地震的占25%计算,将来会频繁发生水库诱发地震事件。yibaochina.com

5.3.肖安予关于水库诱发地震特征的论述yibaochina.com

广东省地震局地震科学研究所肖安予归纳了水库地震的主要特点[19]有如:yibaochina.com

第一:同水库蓄水密切相关;yibaochina.com

第二:它的空间分布与水库有密切的联系;yibaochina.com

第三:地震序列延续时间长,余震频繁且强度高;yibaochina.com

第四:震级有限,烈度偏高;yibaochina.com

第五:波速比异常,延续时间短且空间范围小;yibaochina.com

第六:在震源错动型式中倾滑型占有显著地位;yibaochina.com

第七:标示大小地震比例关系亦即频度~震级关系b的值较高,且前震的b值又较余震高,而一般构造地震则相反;yibaochina.com

第八:地震活动度(A值)高。yibaochina.com

肖安予在研究中指出,新丰江水库共记录Mc>=0.4级的余震约25万次,延续近20年(肖安予的论文在1982年发表,距1962年新丰江水库地震正好20年),尚无停息迹象。笔者需要补充的是,新丰江水库地震至今仍在延续之中。yibaochina.com

5.4.范晓关于水库诱发地震特征的论述yibaochina.com

四川2008年5月12日地震发生后,四川省地质队工程师范晓在第一时间赶到紫坪铺大坝,看到大坝已经严重受损,幸好当时水库处于低水位,没有发生溃坝灾难。范晓根据所掌握的资料指出紫坪铺水库诱发了512地震。yibaochina.com

范晓认为水库诱发地震有下面几个主要特点[20]yibaochina.com

第一:坝高大于100米,库容大于10亿立方米;yibaochina.com

第二:库坝区有活动断裂;yibaochina.com

第三:库坝区为中新生代断陷盆地或其边缘,近代升降活动明显;yibaochina.com

第四:深部存在重力梯度异常;yibaochina.com

第五:岩体深部张裂隙发育,透水性强;yibaochina.com

第六:库坝区历史上曾有地震发生;yibaochina.com

第七:库坝区有温。yibaochina.com

范晓在做客广东科学中心与南方都市报合办的小谷围科学讲坛是说,据不完全统计,世界上坝高超200米的水库诱发地震比率为34%。在中国,坝高100米以上、库容100亿立方米以上水库,发震比率为30%左右。范晓补充说:30%是在许多库区监测数据不完善的情况下得出的。自2004年国务院颁布《地震监测管理条例》以来,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,都普遍建立了专用地震监测台网。近年来大量观测数据表明,这些大型水库诱发地震的比率为100%。所以对高坝大库来说,实际上不是诱不诱发地震的问题,而是诱不诱发破坏性强震或巨震的问题[21]yibaochina.com

5.5.马文涛关于水库诱发地震特征的论述

马文涛等在2013年发表的《水库诱发地震的震例比较与分析》文章中指出:已经收集到全球诱发地震的震例150个,其中发生>6级地震的有5例:2008年年中国汶川MS8的紫坪铺水库地震,1962年中国广东省MS6.1的新丰江水库地震,1963年赞比亚MS6.1的卡里巴水库地震,1966年希腊MS6.3的克里马斯塔水库地震和1967年印度MS6.5的柯伊纳水库地震。这些强震都造成了大量的人员伤亡和地表建筑物破坏、财产损失。震级5.0~6.0级的15例,4~5级的30例,3~4级的37例,而<3级的63例。按照区域划分,亚洲61例(中国35例),北美洲26例,南美洲20例,大洋洲7例,非洲6例。还收集了中国未发震的大型水库532座的资料。在这些水库资料当中,共有24个参数,它们大部分是非独立量,主要包括:水库名称、位置、水库坝高、库容(立方米)、蓄水日期、发震日期、最大震级、震中烈度、最大地震日期、发震区岩性等。这些参数大体能够满足区分水库诱发地震与天然地震的统计的需要。yibaochina.com

应该说,马文涛等收集的水库诱发地震的150个震例,是笔者所知的震例数最多的一个研究。把紫坪铺水库地震收入其中,具有重大意义。这就突破了陈颙院士提出的最大的水库诱发地震为6.4级的上限。yibaochina.com

关于水库诱发地震震中距离水库的位置,陈颙院士提出水库地震的震中仅分布在水库及其周围,一般位于水库及其附近5公里范围内。马文涛等指出:水库地震的离岸最大距离可以在20公里以上。其中,柯伊纳水库和安德森等水库地震离岸最大距离达到 27公里,米德水库和塔尔宾哥水库地震离岸最大距离为17.5公里,塔吉克水库地震离岸最大距离为22.5公里,本莫尔水库地震离岸最大距离甚至达到90公里。yibaochina.com

关于水库诱发地震震源深度,陈颙院士认为大多在5公里内,很少有超过10公里的。马文涛等指出:从水库地震的震源深度来看,全球150个震例中最高震级的震源深度大都<12公里。水库地震深度>10公里的有:希腊克雷马斯塔湖6.2级地震深度约20公里,新西兰本莫尔水库5级地震深度12公里,加拿大买加水库地震深度12~15公里,日本黑部第四水库4.9级地震深度约20公里,柯伊纳水库地震深度可达32公里,这与天然地震的震源深度没有多大区别。但由于震源深度误差更大,可信度不高。而具有高精度测量结果的长江三峡水库地震震源深度最深可达14公里。yibaochina.com

可见全球150个震例中最高震级的震源深度大都<12公里,也有一些例外,震源深度超过12公里,如著名的印度柯伊纳水库地震深度32公里。yibaochina.com

笔者认为,马文涛等关于水库诱发地震震级与震中烈度之间关系的分析很有意义。马文涛等指出,现场调查结果表明,由于震源非常浅,水库地震震中烈度明显高于同一震级的天然地震的震中烈度。往往水库诱发地震4~5级就可造成地表房屋建筑出现破坏现象,引起山体滑坡或岩崩;2~3级地震能掉瓦、墙体出现裂缝;有时1~2级水库诱发地震也能产生山体振动、轰鸣。这些都是浅源地震的基本特征。yibaochina.com

按照实际的水库地震震级(MS)与震中烈度(IO),可以拟合出关系式:
MS=1.26*IO-3.99yibaochina.com

与天然地震关系式比较:
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)yibaochina.com

所以,相同震级的水库地震震中烈度比起天然地震明显偏高1~3度,更容易造成地表破坏。yibaochina.com

在马文涛等提供的最高震级与震中烈度的关系图中,可以明显看出水库地震和天然地震的两条直线的斜率是不同的。yibaochina.com


图9:水库地震和天然地震中最高震级与震中烈度关系的不同,两条直线的斜率有很大不同,图片来源:马文涛等yibaochina.com

5.6 小结yibaochina.com

对于水库诱发地震,至今人们的认识还是非常肤浅,还停留在对水库诱发地震现象的归纳与总结上,而且这些归纳与总结还在不断地修正之中。水库诱发地震主要特征有如:与大坝高度有关,高度越大发生水库诱发地震的可能性越大;与水库水位变化(蓄放水)有密切相关;地震震源深度浅,多在地下12公里范围以内,也有例外,震源深度浅可达32公里;水库诱发地震震级不会超过6.4级,这个上限已经被打破;与天然地震相比,水库地震震中烈度明显高于同一震级的天然地震的震中烈度;震中分布于水库边岸几公里到十几公里范围内;水库地震延续的时间可能很长;库坝区有活动断裂;库坝区为中新生代断陷盆地或其边缘,近代升降活动明显;岩体深部张裂隙发育,透水性强;库坝区历史上曾有地震发生;库坝区有温泉等等。yibaochina.com

六、积石峡大坝工程和黄河梯级开发

积石山系祁连山延伸部分,是临夏州境西界中南段自南而北走向排列山峰的总称,南起土门关,北至黄河边,全长50余公里。小积石山北端被黄河拦腰切断,形成一条长约二十五公里的峡谷,这条峡谷就叫积石峡,是黄河上游著名的峡谷,传说是大禹治水开凿而形成[22]yibaochina.com

积石峡水库大坝工程位于黄河干流,青海省循化县境与甘肃省积石山县交界处,距循化县城30公里,距积石山县城约5公里,积石峡水电公司则在青海民和县官亭镇。积石峡水库大坝工程是黄河上游龙羊峡至青铜峡河段规划25座水电站的第11座,2005年5月1日开工建设,2010年年底全部建成、发电。积石峡水库正常蓄水位1856米,最大坝高103米(一说100米),总库容2.635亿立方米,为日调节水库,水位升降幅度大,变化频繁。总装机容量1020兆瓦,保多年平均发电量33.63亿千瓦时[23]yibaochina.com


图10:积石峡大坝工程,图片来源:百度百科yibaochina.com

据中新社记者12月19日从中国国家电投黄河上游水电开发有限责任公司(简称“黄河公司”)获悉,甘肃积石山县6.2级地震致积石峡水电站三台机组跳闸、孟清线跳闸。经过抢修已全部并网归调,目前电站运行平稳[24]yibaochina.com

在谷歌地图卫星照片上可以找到积石峡水库大坝的位置和俯瞰图像,但是在原位转化为谷歌地图,则积石峡大坝和坝后的水库全部看不见了。同样情况也发生在此河段的多座水库大坝。yibaochina.com


图11:积石峡大坝工程,图片来源:谷歌地图卫星照片yibaochina.com


图12:看不见的积石峡大坝工程和水库,图片来源:谷歌地图yibaochina.com

从地理、地貌和地质学上说,所有的大峡谷都是地质断裂所形成的,本来地质条件就十分复杂和不稳定。在地质不稳定的峡谷上建起大坝,坝高有高达100米或者超过100米,大坝上游的水位比下游高出几十米甚至一百多米,那么就是在大坝坝址上下造成了巨大的不均衡的压力差。这么巨大的压力差加在一个地质断裂上,本身就可能引起断裂运动,诱发地震。高坝后面的水库蓄水所形成的高水压,使得库水能够进入深层断裂的裂隙,使得断裂更加容易滑动,滑动的距离也更大。按照杜运连等的总结中国坝高100米以上水库发生地震概率为25%,积石峡水库大坝工程诱发地震的可能性应该不会低于25%。yibaochina.com


图13:积石峡、积石山地震震中和积石山县城,图片来源:如图所示yibaochina.com

七、黄河上游的水电梯级开发

前面只谈到积石峡大坝工程这一个水库大坝工程。积石峡大坝工程只是黄河上游龙羊峡至青铜峡河段水电梯级开发25座中的一个。yibaochina.com

黄河上游龙羊峡至青铜峡河段全长890公里(一说918公里),落差1400多米,在这里规划建设了25座大型水库大坝工程,其中拉西瓦大坝最大坝高250米,龙羊峡大坝最大坝高178米,李家峡大坝最大坝高155米,公伯峡大坝最大坝高132米,积石峡大坝最大坝高103米……在龙羊峡至青铜峡河段几乎平均每40公里就有一座高坝;在李家峡至积石峡河段更是平均30公里就有一座高坝。yibaochina.com

积石峡大坝往西(往上游)至公伯峡大坝60公里,其中还有黄丰、苏只两座大坝。积石峡大坝往东(往下游)至炳灵大坝,直线距离10公里,中间还有大河家大坝。如此密集的水库大坝建设,在中国也是非常少见。yibaochina.com

在这里要考虑的不是积石峡一座大坝工程对生态环境的影响,而是积石峡、黄丰、苏只、大河家、炳灵等诸多大坝,甚至必须考虑这梯级开发的25座大坝的综合影响。yibaochina.com


图14:黄河上游龙羊峡至青铜峡河段水电梯级规划建设25座大型水库大坝工程,图片来源:如图所示

图15:黄河干流黄河源至青铜峡河段梯级剖面示意图,图片来源:如图所示yibaochina.com

值得注意的是,有地震学者认为,梯级水库在诱发地震方面,具有叠加效应。2012年,“探索国际”发表署名为约翰•杰克逊(John Jackson)的地质报告《中国西部的地震灾害与水电大坝》。作者在中国进行水坝调查后,提出上述地震叠加效应,并假设了最坏的地震情形——一旦发生溃坝事件,海啸般的力量将直接传递到紧邻的下游水坝,导致致命的多米诺骨牌效应。约翰•杰克逊指出:“梯级方式建大坝,世界其它地区还没尝试过”。yibaochina.com

此次甘肃地震中青海省民和县中川乡发生泥石流,就发生在积石峡大坝与炳灵大坝之间的炳灵水库的北岸。黄河梯级开发应该是造成泥石流的最主要原因。yibaochina.com

八、结束语

积石峡水库大坝工程与2023年积石山县地震几乎满足了上述全部水库诱发地震的主要特点:大坝高度103米;水库为日调节水库,水位变化频繁;库坝区有活动断裂;岩体深部张裂隙发育,透水性强;库坝区历史上曾有地震发生;地震震源深度浅;水库地震震中烈度明显高于同一震级的天然地震的震中烈度等等。黄河上游龙羊峡至青铜峡河段的梯级开发,起到了地震叠加效应。如果一座积石峡水库大坝工程诱发水库地震的可能性为25%,那么黄河上游龙羊峡至青铜峡河段的梯级开发,特别是在积石峡水库大坝上下游的密集建坝,就如范晓所言,这些大型水库诱发地震的比率为100%。如今的问题不是诱不诱发地震的问题,而是诱不诱发破坏性强震或巨震的问题。yibaochina.com

水库大坝工程安全的核心不单单是大坝本身,更重要的是受大坝工程影响(如水库诱发地震影响)的居民生命与财产安全。正如此次积石山县地震一样,在经历了烈度为VIII度的地震后,据说积石峡大坝总体安全情况可控,震区内几百座水库大坝也经过所谓的检查。但是震区几万间房屋倒塌,起码148人失去生命,大坝工程的安全问题并没有得到解决。在建大型大坝工程时中共政府总是宣传:“建一座大坝、保一方安澜、促一方发展、造一方民富”。通过积石山县地震,人们看到了残酷的真相是:“建一座大坝、毁一方家园、造一方坟茔、促一方返贫”。yibaochina.com

水库诱发地震是指因人工修建水库、蓄水后水位变化引发的地震,是一种与人类工程活动相关的地质灾害现象,它不是天灾而是人祸。yibaochina.com

后记

李世和是笔者在南京大学时的室友。他来自甘肃永登县农村,是一位回乡知青,担任农村小学教师。永登县是甘肃最贫穷的地区,就在积石山县的北边,与青海交界。大学毕业后李世和被分配到甘肃省建设厅,不久就被提拔为处长。接着被任命为永登县县委书记,回到家乡领导脱贫,不久便死在任上。有人说他是死于肝癌,也有人说他是喝酒喝死的。笔者下乡九年,知道县、镇级领导都能喝酒,他们最大的工作就是喝酒,和上级喝与下级喝,一天起码喝几顿大酒,大多数决策都是在酒桌上做出的。“出师未捷身先死,长使英雄泪满襟”,世和室友英年早逝,令人扼腕。同学小喻说:“要是世和兄还在,必是西北GDP运动中的猛将”。yibaochina.com

注释

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

[2]高清扬、温璐:中国地震局:甘肃临夏州积石山县6.2级地震为逆冲型破裂,来源:人民网,2023年12月19日09:02,http://society.people.com.cn/n1/2023/1219/c1008-40142178.htmlyibaochina.com

[3] M 5.9 – 37 km WNW of LinxiaChengguanzhen, China,https://earthquake.usgs.gov/earthquakes/eventpage/us7000ljvg/executiveyibaochina.com

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

[5]记者郭超凯、冯志军、李江宁:甘肃积石山6.2级地震烈度图公布,中国新闻网,2023年12月22日 22:12,https://www.chinanews.com.cn/sh/2023/12-22/10133811.shtmlyibaochina.com

[6]中国地震死亡人数增至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-2079819yibaochina.com

[7]Liz Lee、Qiaoyi Li、Ryan Woo:中国甘肃地震死亡人数上升,许多房屋倒塌,RNY中文,2023年12月20日,https://www.rnz.co.nz/news/chinese/505207/articleyibaochina.com

[8]高清扬、温璐:中国地震局:甘肃临夏州积石山县6.2级地震为逆冲型破裂,来源:人民网,2023年12月19日09:02,http://society.people.com.cn/n1/2023/1219/c1008-40142178.htmlyibaochina.com

[9]M 5.9 – 37 km WNW of LinxiaChengguanzhen, China,https://earthquake.usgs.gov/earthquakes/eventpage/us7000ljvg/executiveyibaochina.com

[10]江峰时刻: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=iik0hQV34ekyibaochina.com

[11]记者黎小葵:甘肃地震秘密曝光?外媒揭中共正悄悄重建核试场,看中国网,2023年12月23日,https://www.secretchina.com/news/gb/2023/12/23/1052056.htmlyibaochina.com

[12]记者李木子:6.2级人為地震?爆甘肃3个月前举行大型演练,看中国网,2023年12月21,https://www.secretchina.com/news/gb/2023/12/21/1051909.htmlyibaochina.com

[13]全国地震标准化技术委员会:水库诱发地震危险性评价(Reservoir-induced earthquake hazard assessment),发布日期:2018年11月24日,中国安全生产协会网,https://china-safety.org.cn/Article/Detail_1145_26_1192_9_1273.htmlyibaochina.com

[14]马文涛、蔺永、苑京立、李海鸥、徐长朋、罗佳宏:水库诱发地震的震例比较与分析,地震地质,第35卷第4期,2013年12月,https://www.dzdz.ac.cn/CN/10.3969/j.issn.0253-4967.2013.04.020yibaochina.com

[15]肖安予:水库诱发地震若干震例的初步分析,华南地震,1982年,https://www.cgsjournals.com/zgdzdcqkw-data/swdzgcdz/1982/03/PDF/SWDG198203008.pdfyibaochina.com

[16]科学时报记者王静:陈厚群院士:三峡水库蓄水和汶川地震无关,《科学时报》,2009年9月25日,https://www.cea-igp.ac.cn/Uploads/Attach/mrbj/2595218096.pdfyibaochina.com

[17]陈颙:汶川地震是由水库蓄水引起的吗?中国科学D辑:地球科学, 2009年,39(3):257-259,刊登在新语丝网,http://xysblogs.org/amsel/archives/4298,记者张素:专家:四川九寨沟7.0地震不是水库地震,中国新闻网,2017年8月12日,刊登在中华人民共和国水利部网,http://www.mwr.gov.cn/xw/mtzs/qtmt/201708/t20170812_974082.htmlyibaochina.com

[18]杜运连、王洪涛、袁丽文:我国水库诱发地震研究,地震,2008, Vol. 28 ›› Issue (4): 39-51,http://dizhen.ief.ac.cn/CN/abstract/abstract1013.shtmlyibaochina.com

[19]肖安予:水库诱发地震若干震例的初步分析,华南地震,1982年,https://www.cgsjournals.com/zgdzdcqkw-data/swdzgcdz/1982/03/PDF/SWDG198203008.pdfyibaochina.com

[20]范晓:汶川大地震地下的奥秘,中国国家地理,2008年第6期,http://www.dili360.com/cng/article/p5350c3d7ace2b28.htm,水博:欲盖弥彰的“地下奥秘”——评《中国国家地理》的“汶川大地震:地下的奥秘”,新语丝,2008年6月29日,http://www.xys.org/xys/ebooks/others/science/misc/wenchuan437.txtyibaochina.com

[21]李文、宁妍:汶川地震与水库有关? 30/04/2013年4月30日,刊登在《三峡探索》,http://www.sanxiatansuo.com/index.html?index=view&vid=490yibaochina.com

[22]微游甘肃甘肃省文化和旅游厅官方澎湃号:大禹治水导河积石的源头原来在这里,2022年9月21日,澎湃网,https://m.thepaper.cn/newsDetail_forward_19995205yibaochina.com

[23]百度百科:积石峡水电站,https://baike.baidu.com/item/%E7%A7%AF%E7%9F%B3%E5%B3%A1%E6%B0%B4%E7%94%B5%E7%AB%99/3270857,积石峡发电分公司信息公开,黄河上游水电开发有限公司,2022年11月4日,http://www.hhsd.com.cn/open/catalogue/sgdw/07/41282.htmlyibaochina.com

[24]记者孙睿、李龙、紫丽:地震致积石峡水电站三台机组跳闸经抢修已并网归调,来源中国新闻网,刊登在搜狐网,https://www.sohu.com/a/745316026_162758yibaochina.com

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