2008年5月,中國西南部的四川省發生了歷史上最為慘烈的地震之一。據測定,此次地震震級為里氏8.0級,在地殼內產生了一條長達298公里的裂縫,并導致近80,000人遇難。
地震發生之后,有人把目光投向了距離震中僅有5.5公里的水壩。許多科學家猜測,紫坪鋪水庫可能與觸發此次地震具有關聯。
難道地震不是自然災害嗎?
地震,這種地球表層的震動現象,是典型的自然事件。它們的發生往往由于地球表層以下的巖石板塊發生了移動。這些板塊沿著斷層線活動,斷層是地殼堅巖發生破裂的地方。當板塊之間發生擠壓或者分離,地殼就會發生劇烈震動。
救援人員在中國西南部的四川省北川縣地震現場搜救被困人員。
一些少數的自然事件比如火山噴發,有時也會引發地震。但是,地面的震感有時也可能來自于驚天動地的人為事件,比如地下炸彈實驗、礦山爆炸——以及水庫蓄水或者泄洪。
地下的爆炸引起地震,這很容易理解。但是大壩呢?水壩只不過是用于存蓄河水,它們如何引發地震呢?
在這篇文章當中,我們將了解水壩——更確切地講是蓄水行為——如何引發地震,而且我們將尋找在歷史上是否真的有因水庫而引發的地震或其它“自然”災害。我們大多數人都相信,人類行為可以對自然環境產生重大影響。在引發地震的案例中,我們將討論人類的行為如何影響地下空間,以至地殼。
去掉“自然災害”中的“自然”
建設大壩往往是浩瀚的工程,它們的結構十分龐大,形成的水庫將存蓄大量的河水。比如紫坪鋪水庫,就有50層樓那么高,它可以蓄積來自岷江上游10億立方米以上的江水。水體巨大的重量和潤滑作用,可能觸發2008年的大地震。
如果您從地面的自然狀態來考慮,這很容易理解。河流下的土層只適于承受一定容積的水體。這些水流會給地面產生壓力,它們滲入土壤的深度,也完全有賴于特定水體的自然狀態。
一名婦女坐在昔日曾是Longarone村莊的碎石之上,這里因意大利維昂特壩的意外事故毀于一旦。
當人們建設大壩阻擋河水,通過水庫擴大水面面積并提高容積,這些自然特征就會改變——一些非常迅速而急劇。我們可能對通過滑坡表現出來的變化較為熟悉,比如水分使得支撐山石的土地變得疏松,以及水庫蓄水季節性的上升和下降對地面的產生壓力的波動。歷史上最致命的滑坡發生在1963年的意大利北部,它將整個村莊的2500人吞沒。這次災難發生的原因是3億立方米的山石落入維昂特水庫,所產生的巨大浪潮瞬間沒過261米高的大壩,下泄的水流淹沒了下游城鎮[來源: IR]。
同理,在中國發生的不少滑坡也被認為與長江上游修筑的三峽大壩具有關聯[來源: Hvistendahl]。在2003年,初次蓄水之后一個月,該地區的一次滑坡就導致了14人遇難。在2006年水庫提高蓄水高度之后,又發生了若干次滑坡,2007年的一次滑坡又掩埋了一輛大巴車。
建設大壩引起的滑坡的原理與引發地震的原理相同,不過在地震當中,這種作用主要發生在地表以下。
水庫誘發型地震:導致地層運動
到目前為止,世界上因水庫活動而引起的最嚴重地震發生于1967年的印度西部。工程人員建成科依納大壩僅三年之后,該地區就發生了6.5級地震,共造成180人死亡。由大壩觸發地震的現象,被人們稱之為水庫誘發型地震活動(reservoir-induced seismicity)。人們對這種地震并不是完全清楚,但是其基本的作用原理是這樣的:
即使與地震無關,三峽大壩已經證明可以引起環境問題。
當大壩建成并充分蓄水,庫區下方的土層壓力會急劇變化。當水庫的水位上升,地下的壓力也隨之增加;反之,當水位降低,壓力又會減小。這種壓力的波動可以造成地表以下的構造板塊(tectonic plates)發生微妙的變化,甚至導致它們發生移動。
另外一個影響因素來源于水體本身。當水壓增長,更多的水體將會壓入土壤,從而進入巖層的裂縫和間隙。這些水壓可以擴展甚至造就新的、微小裂縫,從而造成地下更強的不穩定性。更為嚴重的是,當水滲得更深,它們就可能充當巖層之間的潤滑劑,這些巖層原來僅僅通過相互之間的摩擦力而保持穩定,這種潤滑作用可以造成巖層滑動。
在地震案例當中,我們很難證明大壩可以擺脫干系。因為在如此眾多的作用因素下,我們很難確定在地表之下發生了什么。比如2008年四川地震,對于其發生的原因依然眾說紛紜。在紫坪鋪水庫首次蓄水的2004年,共記錄了730余次微型地震,大多數科學家相信,如果要證明該水庫確實與大地震存在關聯,還需要更長時間的研究[來源: LaFraniere]。
有一點可以確認的是,大壩并不能單獨引發地震,其它風險因素,尤其是不穩定的斷層線,本身已經在當地存在。在滿足條件的情況下,大壩可以觸發地震提早發生,而且有可能增強地震的量級——這就是為何在已知斷層地區建設大壩極端危險的原因。
那么,許多科學家向三峽大壩可能引起的嚴重后果發出警告,就不足為怪了。他們認為,該大壩正好位于九灣溪-秭歸、巴東斷層線上。甚至有人聲稱,三峽大壩觸發像2008年四川地震這樣的大型地震,只是時間問題。不過,這些揣測是否合理,仍然需要科學家的進一步觀察和研究。