就水库问题再与水博商榷

就水库问题再与水博商榷　　

水博先生在分析水库诱发地震的文章中，多次强调一种“理论”，即，水库蓄水对原有地震没有影响；水库蓄水降低了断层之间的摩擦力，使地震能量提前分散释放，能化大地震为小地震。　　

水博先生在“欲盖弥彰的‘地下奥秘’---评《汶川大地震：地下的奥秘》”中对此也作了详细描述，见文后附录。　　

附录中水博先生的话有两段，前一段讲摩擦原理，后一段讲地震结果。　　

单纯的摩擦学原理在经典力学中是正确的，但适不适用于地下断层，我不知道。汶川5.12后很多专家说了，“上天容易入地难”。　　

如果水博先生描述的原理对地下断层仍然适用，那么我就有话要说了。　　

首先要说明，我无意“挺坝”或是“反坝”，我只是就事论事谈问题。　　

实际案例　　　　

先看看“饮誉”世界的水库诱发地震案例（参考龙家麒的《水库诱发地震简述》）：　　　　

美国胡佛（米德湖）水库，1939年5月诱发5级地震。该地区没有地震历史记录，认为是无地震区；　　　　

我国新丰江水库，1962年3月诱发6.1级地震。蓄水以前，本区历史上没有破坏性地震记载，蓄水前的25年中，仅发生过四次有感地震；　　　　

赞比亚罗得西亚的卡里巴水库，1963年9月诱发6级地震。在筑坝以前，卡里巴地区没有发生过地震；　　　　

希腊克雷马斯塔水库，1966年2月诱发6.2级地震。根据希腊地震区域划分图，克雷马斯塔地区可能发生不超过中等强度的地震，在筑坝以前15年内，克雷马斯塔周围半径40公里的地区没有发生过地震；　　　　

印度柯依纳水库，1967年12月诱发6.5级地震（注：这是迄今为止记录到的最大水库诱发地震）。过去认为该地区不会有较大的地震，1966年印度标准学会修订的印度地震区划图表明，该区是无震的。　　　　

然而，这几个大水库蓄水后，在主震发生前，尽管曾记录到不少小级别的前震，但不幸的是，这些小前震看来未能分散释放地震能量，到最后都诱发了破坏性的强烈地震，真可谓“不诱则已，一诱惊人”。　　　　

水博先生的“分散论”在事实面前不攻自破。　　　　

尽管在水库诱发的地震中，大多数的震级都还是比较小的，但上述案例说明，人们对水库诱发地震的担忧不是没有道理的。　　　　

仔细看看上述案例介绍（当然，还有很多其它案例，不一一介绍），还会发现另有两个重大事实被水博先生忽略了：　　　　

（1）在水库诱发地震案例中，有不少案例的地震强度，超过该地区历史上所记录到的最大地震；　　　　

（2）另有相当数量的水库诱发地震，水库所在地历史上根本就没有发生过地震，属于无震区（据杨清源等人在《国内外水库诱发地震目录》中统计，世界上已知的109例水库诱发地震中，水库建在无震区的有37例，占34％；如果按5级（含）以上地震统计，共有19例，其中水库建在无震区的有12例，比例高达63％）。　　　　

武汉大学教授李愿军博士在《对水库诱发地震的两点认识》（2008年3月）一文中也明确指出：　　　　

【联合国教科文组织早在1970年就成立了一个“Scismic Phenomena Associated with Large Reservoirs”（与大型水库有关地震现象）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，得出了以下几点共识：（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，值得我们深思和研究。】　　　　

水博先生还能说水库蓄水对原有地震没有影响吗？！　　　　

这些事实充分说明，水库蓄水不是对原有地震没有影响，而是：　　　　

（1）对有震区，水库未必全都能起到“分散释放”作用；　　　　

（2）对无震区，分明就是水库蓄水破坏了该地区长期的地质稳定状态。　　　　

前不久，在争论地震是否能预报这一问题时，主流媒体常常引用美国地质调查局某专家的“经典”对话，现摘录其中一段：　　　　

（http://www.china.com.cn/tech/txt/2008-06/07/content_15682463.htm）　　　　

【问：人们能不能通过制造许多小地震来避免大地震的发生，或者能不能通过用水或其他东西润滑断层的方式避免？　　　　

答：通过观察，地震学家发现每发生一次6级地震都会发生10次5级地震，100次4级地震，1000次3级地震……以此类推。这些就是“许多小地震”，但无论发生多少次小地震都不足以排除一次大地震的发生。一次6级地震的强度相当于32次5级地震、1000次4级地震、32000次3级地震。所以，尽管地球总是会发生很多的小地震，但它们都不足以消解偶然出现的大地震。　　　　

至于用水或其他东西来润滑（“lubricating”）断层，目前已经知道向地下注入高压液体可以导致地震的提早发生。但在任何人类居住区域做这样的事情都很危险，因为这有可能引发一场破坏性地震。】　　　　

我也觉得，连地震机理都尚未彻底探明的今天，谁能保证水库诱发地震会受控似地把大地震能量全部分解成各个小地震？谁能保证它会冷不丁来个大的？　　　　

与此对应的最好例子莫过于核电厂和核爆炸。核原料能量受控缓慢释放，可以发电造福人类；如果能量突然释放，那是灾难。　　　　

问题在于，我们现在能控制地震吗？　　　　

如果地震不受控，我们又能奢望什么？　　　　

原理分析　　　　

上面说了，摩擦学原理在经典力学中是正确的。既然原理正确，那为什么事实会有出入呢？很显然，水博先生“套用”原理时，在某个地方出了问题。　　　　

要说清楚原理，恐得花些笔墨写篇论文才行，但一通XYZ在这里有点不伦不类，只能简单举个例子来说明。　　　　

用某种粘合剂粘合两物体，并在结合面留上一些缝隙便于注水，然后在试验机上对结合面作剪切试验（假设该粘合剂遇水后，抗剪强度大幅降低，在干燥状态下，抗剪强度为100公斤，潮湿状态下为50公斤）。　　　　

分四种情况来看：　　　　

第一种情况　　　　

在完全干燥状态下，剪切力增加到90多公斤左右时，物体开始进入临界状态；当剪切力一旦超过100公斤，例如达100.1公斤时，结合面超负载0.1公斤，结合面断裂。　　　　

结合面断裂可以比拟为地震，这一情况似乎属于天然地震。　　　　

第二种情况　　　　

也在干燥状态下开始试验。与第一种情况不同的是，在剪切力为20公斤时就向结合面缝隙内注水。由于注水，抗剪强度下降到50公斤。当剪切力逐渐增大达到50.1公斤时，结合面断裂。　　　　

上述两种情况相比，尽管结合面均只超负载0.1公斤，但第一种的剪切力比第二种大得多，不考虑过多复杂因素，第一种的危险性比第二种大。　　　　

注水后，结合面断裂时的应力由100公斤降低到50公斤，如果比作地震的话，可以说地震是提前发生了，而且是由较大地震变成了较小地震。　　　　

在这情况下，水博先生的理论是正确的。　　　　

第三种情况　　　　

当剪切力达80公斤时再注水，由于注水后抗剪强度降为50公斤，即结合面超负载30公斤，结合面的破裂速度以及结合面断裂后物体的移动距离，比上述两种情况来得大。　　　　

地震就不再是小地震了。“分散释放”地震能量的作用在这里失效了。　　　　

第四种情况　　　　

这是第三种情况的一个极端例子。如果在结合面进入临界状态后（剪切力接近100公斤）再注水，会是怎样一番景象呢？想必大家猜都猜得到。　　　　

第三和第四种情况可以解释为什么很多水库诱发的地震的强度会超过了历史记载。　　　　

从理论上讲，水博先生的说法只在上述第二种情况下说得通，所以，水博先生的“理论”是不全面的，是以偏概全。　　　　

在不同受力状态和不同时间注水，情况将变得极为复杂，会有无穷的排列组合。要命的是，我们无法得知在如此多的排列组合中，它们属于那一对；我们无法得知修筑大坝时，地下断层处于怎样一种应力状态！　　　　

人们常说，骆驼是被最后一根稻草压死的，其原因就在于我们事先根本不知道骆驼到底已经背负了多重---这就是当前科技水平的尴尬所在。　　　　

下面的问题与水博先生无关：　　　　

有人会狡辩说，不管怎样，注水总比不注水好，注水总能防止应力积累到更大。如有的网友说，就算此次5.12大地震是由某水库诱发的，诱发总比不诱发好，如果没有某水库的诱发，以后来个9级的更够受。　　　　

其实仔细想一想，此话差矣。　　　　

就某一地域而言，地下应力的积累会受到该地区地下岩层间摩擦系数（或曰抗剪强度）的限制，不会过分地积累。某一地域地下岩层间摩擦系数到底有多大，该地区历史上的最大地震级数就是一个间接的参考数据。　　　　

例如，汶川地区历史上发生的最大地震为6.5级，那么，这意味着该地区地下岩层的摩擦系数所能承受的最大应力，在没有特殊意外事件发生的情况下，充其量也就只能引起大约6.5级左右的地震。　　　　

如果在一个不适当的地点一个不适当的时间，恰巧碰上了“注水润滑”这种“特殊意外事件”，那么如同上面第三第四种情况介绍的那样，汶川地区被诱发的地震是完全有可能超过6.5级的---注意：我没有任何暗示目的，仅仅是按原理推断。　　　　

最后，还有一点想说的是，对于水库诱发地震可以分散大地震能量这个“理论”，水博先生作为推论或科研项目无可厚非，或许还可算做是一项科技创新，但硬要言之凿凿，把一个远没有定论的东西拿来作为在地质断裂带或地震高发区修筑大坝的理由，说得轻巧点儿，是忽悠公众，说得严重点儿，是……　　　　

算了，不说了，不然又有人会说我乱扣帽子了---我可不想背这个恶名。　　　　

附录：水博先生原文　　　　

【根据科学的分析，断层地震爆发的原因主要在于地应力的积累、变化使断层产生了突然的破裂或者错动。而断层地震的发生条件就在于不同方向的地应力克服了断层之间的摩擦力。当断层的摩擦力越大时，需要克服摩擦力所积蓄的作用力就越大。这种情况下地震不容易发生。然而，一旦发生后地震的能量也就比较大。相反，如果断层之间的摩擦力越小，需要克服摩擦力的地震作用力就越小，越容易产生地震，但同时地震发生后释放的能量也比较低。所以说决定地震爆发时能量强弱的关键，在于断层之间的摩擦力。　　

　　由于水库蓄水后将会加大地下渗流，水的侵润只能使原有的断层之间摩擦力降低。所以，水库引发的地震一般都可能会起到加快原有地震地区地震发生的作用。因此，水库蓄水的结果要么对原有的地震没有影响，要么提前释放了正在孕育中地震的能量。特别是后一种情况的出现，它会从客观上避免了更大地震的发生。从这一点上来看，水库蓄水触发了较大的地震，其实是具有减小该地区原有地震地区的震级的作用的好事情。因为，水库的蓄水降低了断层之间的摩擦力，使地震的能量提前、分散的释放，有利于减小地震的破坏程度。正因为此，世界上所有记录到的由水库触发的地震，震级都比较低，6级以上的水库诱发地震只有4次，最高的也只有6.5级。】