人类对自然规律认识不多的时候,某些自然现象的发生。往往出乎人们的预料之外。修建大水库诱发地震,就是这样一种自然现象。
希腊曾在阿里洛斯河上修建蓄水0.41亿立方米的马拉松水库,1929年10月建成并蓄水,1931年在库坝区开始发生小地震,这是世界上最早由水库蓄水诱发的地震。因为该水库处于地震活动区,建水库之前,当地就曾发生过地震,因此水库蓄水后诱发的地震没有引起人们的特别注意。地震随库水增高而增多,1938年库水猛涨的时候发生了5级地震,震动了水库大坝,更震惊了科学家和当地群众,人们才开始注意水库蓄水诱发地震的问题。
1935年,美国在科罗拉多河上修筑胡佛大坝,建成蓄水375亿立方米的米德湖大水库。虽然库区几百年来没有发生过地震,美国工程技术人员仍注意吸取希腊马拉松水库地震的教训,在库区周围建立地震台,监测地震活动。1936年水库水位升高到100米时,库区发生一次小地震;库水继续增高,地震也随着增多增强。1939年库坝区发生5级地震,危及水库及其下游人民的生命财产安全,美国政府被迫投入大量人力物力详细研究水库与地震的关系,从此研究水库诱发地震逐渐成为地震学中的一个重要课题。
科学家和工程技术人员虽然注意到大水库可能会诱发地震,兴建水库前要对库区地震活动性进行调查和观测研究,认真考虑大坝的抗震性能,但失误仍然一再重演,险情不断发生。
1958年,我国在风光秀丽的广东省东江支流新丰江(河源县)兴建新丰江大型水库,一年多即筑成一座105米高的混凝土大头坝(空心坝),库容115亿立方米。库坝及周围地区历史上没有破坏性地震记录,按抗震建筑规范规定,大坝按抗6度地震烈度设防(即不抗御破坏性地震)。1959年截流蓄水,库坝区即开始发生小地震,地震随库水增高而增多增强,当地群众不时感到地震的摇撼,听到地震时的地声。
1960年,当水库第一次蓄满水之后,大坝附近小地震骤然增多增强,并发生一次人们感觉强烈的地震,引起地震工作者、工程技术人员和当地群众的高度警觉。大坝一旦溃决,东江沿岸的河源、增城、惠州、东莞、广州等许多城市都将被一扫而光,并危及香港和澳门的安全。在危险迫在眉睫的时候,周恩来总理亲临水库大坝视察,指示立即采取有效防范措施,加固大坝,确保安全。水库工程局当即决定改大头坝为实心的重力坝,对大坝按抗御8度地震烈度加固,以实际抗9度进行验收。与此同时,成千上万的小地震接踵而至,0.4级以上的小地震平均每月达4000多次,危如累卵。
当大坝加固工程临近结束时,1962年3月19日,大坝下游1公里处发生了6.1级破坏性地震,坝区的地震烈度达8度。纵横100公里范围内的城乡机关、学校建筑物和民房倒塌1800余间,破坏23900余间,死伤85人。地震时,大坝剧烈摇晃,水平裂缝贯穿坝体,大坝电厂及附属设施均遭破坏。由于震前加固及时,大坝整体稳定,才顶住了强烈地震的冲击,转危为安,避免了一场险恶的灾难。三十多年来,新丰江水库地震台观测记录到的地震已超过了40万次。新丰江水库是世界上诱发地震次数最多、地震延续时间最长、大坝加固最及时的大水库。
20世纪60年代以来,水库地震遍及世界各国,水库地震与日俱增,国内外已有几十座库容1亿立方米以上的大水库诱发了地震。非洲赞比亚卡里巴水库、印度柯依纳水库、希腊克里马斯塔水库和我国新丰江水库等,都诱发了6级以上的破坏性地震。
纵观国内外的水库地震,地震次数和地震大小均随库水升降而增减,最大地震一般发生在第一次蓄满水后的数月之内。水库地震还与库容及坝高有一定关系,诱发了地震的水库,库容一般在10亿立方米以上,坝高多在100米以上。破坏性的水库地震,都发生在库容25亿立方米以上、坝高100米以上的大型水库。但不是所有高坝大水库都诱发地震,全世界坝高200米以上的大水库只有25%左右诱发了地震,坝高100米以上、库容10亿立方米以上的大型水库只有10%诱发了地震,坝高100米以上、库容不足10亿立方米的大型水库则只有0.54%诱发了地震。
许多位于地震区的大水库平安无事,有些位于非地震区的中小水库却诱发了地震。但所有诱发地震的水库,都位于地质构造复杂和地下岩层软弱易透水的地区。几十万年来地质构造活动强烈、有大规模活动断层或多组断层交错切割的地区,地下应力分布复杂,水库蓄水后增加的静压力可以改变地下应力分布状况,造成地下应力分布不均匀和局部加强,致使断层失去平衡,最后突然断错形成地震。另外,水渗透对断层面的软化、润滑、吸附、增温、水化学、气化学及应力腐蚀等物理化学作用,亦使地下断层易于活动,导致发生一系列地震。各水库的具体情况和条件不同,诱发地震的原因也不完全相同,但水库地震都属于有水参与作用的构造地震,研究水库地震是地震学的一个专门课题。