水域对地震波的消能作用

在实践中有许多人有这样的认识：一种认为修建水库会增加地震的频率和级别，另一种认为水库的存在会导致地震灾害更加严重。有人甚至认为如果实施红旗河工程，会给四川带来严重灾害，一旦地震一旦水渠破裂会有巨量水冲击坡岸，造成巨大的泥石流滑坡坍塌，会造成巨大的人员损伤和灾害。那么，这些人的这些担忧是不是事实？这些论点成立不成立？我们用事实说话吧。

当年三峡水库刚刚修好的时候，有一群人扬言要炸掉大坝，他们的依据就是三峡大坝会造成大地震，一旦地震则大坝坍塌，巨量水下泄会冲垮九江、武汉、南京、等城市，损失不可估量。从2003年三峡大坝蓄水开始，有十多年时间一直存在这种声音。为此，国家专门成立了一个实验室，叫中国地震局地震研究所水库诱发地震研究室，面对2014年所谓的秭归地震，这个实验室的权威人士王秋良博士回答了三峡晚报记者姬栋的许多问题。秭归市地震局局长李侃宁介绍：3月27日发生的4.2级地震，震中区有5度的震害，3月30日发生的4.5级地震，震中区达到6度。有人问这次地震与三峡大坝蓄水是否有关？1997年，三峡工程专门建设了三峡地震监测台网，至今还在使用，三峡地震监测台网没建之前，只能监测大于2.0级的地震，台网修建完成后，可以监测0.5级以上的地震。三峡蓄水后，初期地震一般集中在0级到 2.0级之间，是由于监测能力提高，才监测和统计出了多次的小震动，之所以会产生多次的0到2.0之间的地震，是由于三峡蓄水早期的时候，对岩溶的塌陷和废弃煤矿坑的塌陷，产生了0到2.0级之间的地震。从2003年的监测情况来看，水库蓄水确实是产生了震动，并不是严格意义上的地震，震动是由于岩溶区溶洞的顶板塌陷和废弃煤矿坑的塌陷，这一类的震动产生后，被当作了一种事件，归并到了三峡地震台网里面来记录。通过2003年三峡蓄水到现在，经过台网的检测情况看，蓄水的初期，小震比较多，也就是在涨水的过程之中，地震次数比低水位的要多一些。 2008年4.1级，2013年5.1级，今年的4.2和4.5级，这几次较大的地震，都是从最高水位向低水位运行过程中发生，三峡的调度都是在9月开始蓄水，11月达到175米，而后开始降落，在4、5月份，达到145米。大坝涨水时有小的地震，在退水的过程中也有一些地震，低水位运行中地震明显偏少。从目前两次地震的定位来看，都属于仙女山断裂带的北端，仙女山断裂带的长度大约在80公里左右，沿着这个断裂带，如果有老旧房屋，产生破坏的，直接避开断裂带修建新的房屋，在断裂带上的房屋，出现地震后遭受的破坏性会增强。

中国地震局《三峡诱导地震的研究》中表明，水库诱发地震确实存在，但诱发的地震均具有强度小、衰减快的特点。而个人认为，三峡水库这种诱发的小地震实际上是已经存在的危险地质灾害的一种消除作用，一旦这种作用结束，水库库区将迎来长期的稳定时期，实际上从2014年以后十年间，再没有听说过三峡发生地震。水库消能稳定这一点，在中国修建的8万多座水库的稳定性上可以得出，水库大坝由于其自身的重量镶嵌于地基之中，随着时间的延长越稳定，越和周围岩体结合紧密，越不容易被破坏。当然坝体的稳定是基于建设的时候抗震强度的大小的。

个人认为，一个水库一旦蓄水，那么由于水的侵润作用，会导致土壤湿润松散，从而会导致以前没有达到稳定角的山坡出现滑坡坍塌，一直到山体的坡度达到稳定角度。一般认为山坡的稳定角度在25°—30°之间，一旦达到了稳定角，那么山体就是长期稳定的。而在稳定的过程中会持续地出现滑坡坍塌，类似于地震，但是它不是地震。正如王秋良博士说得那样，是大地震动不是地震。大地震动不是由于底层的断裂带造成，而是由于蓄水以前早就存在的悬崖峭壁、不稳山坡侵润作用造成。

水域对地震波的消能作用还能够从2008年四川汶川地震中水库的表现看出来，地震发生以后四川相关部门对四川和全国的地震损坏水库进行了统计，写成了《汶川地震中小型水库震害与数据库》报告。在2008年四川汶川地震中，没有一个水库溃坝。资料显示四川省现有水库6717座，“5·12”汶川Ms8.0级地震中造成四川省1996座水库震损，占全省水库总数的29.71%。69座水库土石坝被评定为溃坝险情，但在地震期间无一溃决。沿龙门山推覆构造中段映秀-北川地表破裂带土石坝溃坝险情程度破坏尤其密集，受发震断层影响十分显著，在临近地表破裂带地段，土石坝的震害程度显著加强，在69座溃坝险情水库中，震中距介于70~100km、100~200km的水库比例分别为32.6%和61.2%。汶川地震中震损水坝分布区域广、震害类型多、震害现象丰富，1996座震损水库中，发生坝体裂缝1425座、坝体塌陷687座、滑坡354座、渗漏428座、启闭设施损坏161座及其他放水设施、溢洪道、管理房不同程度震损422座等。

Ms8.0级地震中没有一个水库垮塌，而其它建筑、山体都有垮塌现象，这只能说明水库的水在地震中发挥了重要的消能作用。这个消能作用我们可以从一般原理上来解释。在大海中，季风或者行星风可以导致大海波浪汹涌，而波浪就是对风能的承接。大海中会因为地震引发海啸，由于巨大的水压，大海中常见的板块构造运动是火山爆发，而地震相对较少。大陆上的地震非常频繁，中科院地球环境研究所和中国地震信息网分别统计中国大陆从1895年到2000年的7级以上地震分别是41次和45次，而大海中地震和海啸远没有大陆多，充分说明，海水对强地震有消能作用。实际上，大海底部是地震频发区，因为大海底部地壳厚度小，板块运动强烈，应该比大陆大地震次数多，实际观察上却是相反的。

地震给大地和建筑造成的破坏主要是地震波组成的。地震波按传播方式分为三种类型：纵波、横波和面波。纵波是推进波，地壳中传播速度为5.5~7千米/秒，最先到达震中，又称P波，它使地面发生上下振动，破坏性较弱。横波是剪切波：在地壳中的传播速度为3.2～4.0千米/秒，第二个到达震中，又称S波，它使地面发生前后、左右抖动，破坏性较强。面波又称L波，是由纵波与横波在地表相遇后激发产生的混合波。其波长大、振幅强，只能沿地表面传播，是造成建筑物强烈破坏的主要因素。在地震学中，纵波叫P波，它是首先到达的波，物理特性恰如声波，乃至超声波，都是在空气里由交替的挤压(推)和扩张(拉)而传递，这类波是可以在岩石、土壤、水、空气中传播的。地震产生第二个到达的波叫S波，即横波，S波只能在弹性岩石中传播，弹性岩石与空气有所不同，空气可受压缩但不能剪切，而弹性物质通过使物体剪切和扭动，S波涉及剪切而不是挤压，使岩石颗粒的运动横过运移方向，因此造成山体破坏和建筑物破坏的主要原因是这种可以产生剪切的横波。但是，横波由于只能在可以剪切的硬性弹性岩石上存在，所以横波不能在空气和水中传播。因此，水对横波具有“过滤”作用，地震波经过水体以后横波自动消失，原因就是水体不能剪切，只能被压缩和震荡。但是实际上由于大陆水库一般较小，水库虽然能够消除一部分地震能量，但是从水库傍边、底部依然可以通过地震横波。剪切波在水中的速度为0，因为两个弹性模量总是正的，所以P波比S波传播得快。

正真造成建筑物严重破坏的原因不仅是地震波的强度很大，而且是纵波和横波的相互叠加和干射。不同的P波和S波交织，回转的波峰叠加在射入的波峰上，引起幅度的变化，造成巨大的破坏。这时每一叠加波的相位是关键，因为当交切的波位相相同时能量会加强。通过这种“正干涉”，地震能量在某些频率波段汇集起来，形成面波。如果没有波的几何扩散和摩擦耗散，即振动的岩石和土壤使一些波能转化为热，波的干涉造成的振幅增长真可能造成灾难性的后果。而由于水体消失了横波，那么处于地震源的水体外侧的地方就不容易造成结构性破坏，因为这些地方横波消失，纵波和横波不能相互叠加，面波减小。而地震能量转换为水波在水库激荡，同时能量转化为热能。从而保护了水库大坝的安全和水体周围的安全。

由此可见，水库具有明显的消能作用。由于水体阻止了S波的传播，地震波的P波和S波不能交织，不能相互叠加，所以水库的存在对于减轻地震灾害是非常有利的。汶川大地震没有一个水库垮塌溃坝也是水库的消能作用。

由此，我们联想到从云贵川地区向西北的调水方案，我们认为修建水渠或者隧洞并不会引发地震，因为水的密度比岩石的密度小很多水渠或者隧洞不可能是地震源，水渠隧洞虽然较小其消能作用较弱，但是水渠还是会减弱地震是具有自我保护作用的。所以我认为，引发地震不应该成为阻止南水北调西线调水工程实施的理由。

个人观点，仅供参考。