地球动力学专家对“汶川地震与水库的关系”的再解析

2020年05月12日  新浪资讯

在2008年汶川7.9级大地震发生之后,“汶川地震是否为水库所引起”这一问题,一度引发全世界媒体的热门关注与报道。2008年汶川大地震已经过去了12年,如今这一问题已经逐渐被媒体冷落。但是,这一问题背后的科学意义对于我们人类的日常生活依旧十分重要。因为,水库在全世界人们的日常中都是不或缺的能源与资源供给之一。对于资源与灾害之间的博弈,我们人类需要认真审视。近日,我们采访了我国著名的地球动力学专家柳畅教授,为我们重新解答“汶川地震是否为水库所引起”这一问题。

 柳畅教授表示,“汶川地震是否为水库所引起?”这个问题的在科学上叫做“水库地震”。2008年汶川地震发生之后,国内外许多的媒体对2008年汶川地震进行了铺天盖地的报道。其中一类最扎眼的新闻就是关于“紫坪铺”水库是否诱发了2008年汶川地震。紫坪铺水库距离汶川地震的震中不足10千米,并且水库库尾正好就在主发震断裂带上。因此,2008年汶川地震后,便引起了人们对于以上问题的关注。

接下来,柳畅教授给我们来回顾了在过去媒体历史报道中的几个重要事件。2009年1月著名刊物Science在New of The week栏目发表了曾经获得行星科学新闻奖的Kerr和Stone (2009)的“A Human Trigger for the Great Quake of Sichuan”的报道评论,报道了紫坪铺水库可能诱发了汶川地震。之后,各家媒体纷纷跟进,英国The Telegraph甚至报道是水库制造了杀人的地震,汶川地震是紫坪铺水库蓄水引起的(https://www.telegraph.co.uk/news/worldnews/asia/china/4434400/Chinese-earthquake-may-have-been-man-made-say-scientists.html),这侧报道后来被众多国外媒体转载。随后,国内外大量的学者对“紫坪铺水库是否诱发了汶川地震”这一问题进行了研究讨论。但是,各个学者之间所得到的结论意见并不统一。2010年3月, Kerr和Stone (2010)再次在Science上发表报道"Two years later, New Rumblings Over Origins of Sichuan Quake",这一争论仍在继续。到目前为止,也仍然没有定论。

柳畅教授表示,对于“水库地震”问题的探讨,目前主要有两种方法。一种是基于统计基础上的定性分析;另外一种是,基于定量计算的科学讨论。在定性的分析上,南京大学的陈颙院士在2009年就曾经定性地讨论了汶川大地震不符合水库地震发生的一般特征,截然反对汶川地震诱发大地震的观点。但是另外的一些学者基于汶川地震前震、主震和余震时空分布的统计数据,认为紫坪铺水库与汶川地震的发生有密切关联。在定量计算的研究工作中,中国科学院大学的石耀霖院士计算了紫坪铺引起的汶川地震震源处的应力变化的大小;同时,还在统计了目前全球所有学者的计算结果,在综合考虑不同计算参数的不确定性对结果的影响的前提下,发现大多数学者认为紫坪铺水库引起的汶川地震震源处的应力在1~10千帕斯卡之间,只有一家学者的结果较大在50千帕斯卡左右。认为,鉴于目前的研究成果,紫坪铺水库引起的汶川地震震源处库仑应力变化在千帕斯卡量级,尚不能排除水库触发地震的可能性。但得出的蓄水震源处的库仑应力变化太低,在背景构造应力场不明确的情况下,也不能确定一定有联系。

柳畅进一步表示,考虑汶川地震发生的原因,应该尽可能地综合各方面的因素来综合考虑。地震是断层的应力超过了断层的破裂强度而剧烈错别所造成的。汶川地震震源处的应力受到各方面的因素影响。这些因素包括,地球板块运动的构造加载的作用,以及水库或者潮汐等等外部因素引起的应力变化。如果能综合比较不同因素引起的断层面上的应力变化的大小,就能更好的理解紫坪铺水库在汶川地震中发生的作用。

在汶川地震发生之后,柳畅侧重考虑了地球板块运动的构造加载的作用所引起的龙门山断裂带的应力年增长速率。通过提取地球物理与地质勘查所得到的龙门山断裂带的岩石圈数据,柳畅建立了龙门山断裂带的三维岩石圈的数值模型,计算了龙门山断裂带的地震应力演化过程,发现龙门山断裂带上地壳底部应力集中积累的现象,得到由于地壳缩短作用所导致的汶川地震震源处的库伦应力积累速率为1.6千帕斯卡/年。柳畅还通过数值模拟龙门山断裂带地震应力演化,估算了汶川7.9级大地震的复发周期在4200-6500年之间。也就是说,7.9级地震的一个地震周期之间,所需要积累的应力大约在6720 千帕斯卡~10400千帕斯卡之间。

如果考虑紫坪铺水库引起的汶川地震震源处的应力为10千帕斯卡,这一应力变化对于7.9级地震的应力积累量而言,只是“杯水车薪”。所以,柳畅认为该导致了2008年汶川7.9级地震的发生主要原因是在于地壳缩短的情况下,青藏高原与四川盆地之间的构造挤压所导致的应力集中积累。而应力集中的原因主要是,青藏高原柔软的深部地壳与四川盆地坚硬的深部地壳的强度的力学强度差异所致。如果考虑构造挤压的库伦应力积累速率为千帕斯卡/年,紫坪铺水库引起的汶川地震震源处的应力在1~10千帕斯卡之间,那么柳畅认为紫坪铺水库的存在至多可能使汶川地震的发生提前了五年左右的时间。

柳畅之前关于汶川地震发生机理的的研究,已经陆续发表在《Journal of Geodynamics》、《Physics of the Earth and Planetary Interiors》、《Journal of Geophysical Research-Solid Earth》等同际重要学术期刊上,得到了国际与国内同行的广泛关注。就“汶川地震与紫坪铺水库的关系”这一问题,柳畅目前正在撰写科技论文,准备在国际重要的学术期刊上投稿观点。在汶川地震过去的12年之后,希望我们科学人员的共同研究成果能帮助大众更客观的理解汶川“汶川地震与水库的关系”这一问题。

 地震的发生机理非常复杂,往往在一次地震发生之后,社会大众由于对地震的发生原因的不了解,对于不同声音的新闻与消息,人们很容易引起许多的误读与误解。正是柳畅教授这样的科研人员的付出与努力,才让我们对地震的发生有了更为清晰、客观的认知,为地震灾区的防震减灾工作中积极发挥作用,为现代城市的基建方面起着重要的作用。

​(高欣)

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