《四川岷江上游紫坪铺水库枢纽工程基本烈度复核报告》几个问题讨论
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李有才（中国成都 610041 四川省地震局高工）
曹树恒（中国成都 610072 四川地矿局物探大队高工）
内容摘要
本文通过该区地震地质、新构造、深部地球物理、历史地震，古建筑等最新丰富资料的深入研究，对"紫坪铺水库枢纽工程基本烈度"存在的问题进行了科学论证，结果表明，工程区坝址的地震基本烈度不是七度，而应是九度，或九度以上；工程区坝址的地壳不是基本稳定区，而应是基本不稳定区；工程区坝址在此基础上进行抗震设计，它将是一个潜在的"危险工程"；在工程区坝址下方成都平原的几千万人民的生命、财产和国家的社会主义建设将时刻受到威胁。
关键词：坝区基本烈度 七度 危险工程修改设计或炸坝
前 言
1989年12月由国家地震局地震分析预报中心完成的《四川省岷江紫坪埔水库枢纽工程基本烈度复核报告》，（以下简称"报告"）："坝址影响的地震烈度最大可达七度"。其主要依据：
1 工程区40公里范围内，历史上未见有强震发生，对工程区影响较大的外围历史强震有七次，根据烈度衰减关系，工程区的地震影响烈度不超过七度。
2 据地壳结构、深断裂规模、活动断裂时代及地震烈度影响等因素综合判定，紫坪铺坝区属地壳基本稳定区。
经笔者最近研究表明，工程区40公里范围内，历史上可能存在M>7.0级强震发生，坝区的地震基本烈度应是九度，甚至九度以上，坝区属地壳基本不稳定区。
问题的提出
2002年初，因研究四川震情需要的一个偶然机会，查阅了《四川省岷江紫坪铺水库枢纽工程基本烈度复核报告》。由于专业职业的敏感，发现这份报告存在着十分重大的问题，通过近一年的反复研究，最后确认，该报告存在的主要问题是：
1 对坝区及其附近的重大断裂构造研究较差
（1）有资料显示*2，松潘—汶川—都江堰—峨眉—雷波，近南北向断裂，通过坝区及其附近地区；在报告也一字也未提及。（图1）
（2）有资料显示*1、*2，南充—广汉—都江堰近东西向有一断裂通过坝区，或坝区附近地区；在报告中也一字没给出说明。（图1）
(3)著名的北东向龙门山断裂是通过堤坝的一条断裂，但该报告未对其深入地对它进行分析研究。
2 对隐伏的深部断裂的活动性研究很差
由于报告中，对南充—广汉—都江堰东西向断裂、松潘—汶川—都江堰—邛崃南北向断裂，都已遗漏和缺失。说明该报告对这几条断裂的活动性研究也就根本无从谈起。（图1）
3 对历史地震和古建筑研究存在问题
(1)报告中所提到的7次强震，统计的范围达300公里左右，但时间仅为100—200年；对以往更长的年代历史地震的问题未给予深入研究说明。对比，报告对坝区40公里范围内无强震发生的历史地震记载的认识，似有过份夸大的嫌疑。在这方面，国家地震局对1976年唐山7.8级地震的历史地震记载认识的失误分析似曾有过惨痛的教训[1]。
(2)古建筑是历史的重要见证，可是坝区40公里范围内，与地震有关的古建筑（古塔）未开展研究工作。
由于种种原因，致使该报告存在着这么多的重大问题，因此，我们不能不对坝区的地震基本烈度和稳定性等问题产生怀疑！
几个重大问题的研究讨论
前面我们已指出了报告中存在的重大问题。但我们的目的并不仅仅是指出这些的问题，更重要的是要对这些问题给予科学的论证和研究讨论，从而，加深对这些问题严重性认识。
1 关于坝区其附近地区的断裂构造
（1）龙门山断裂
该带主体断裂构造形迹是呈北东45°展布，主要由青川—汶川断裂、北川—映秀断裂及江油—都江堰断裂所组成；我们研究发现，地表上的三条断裂在深处合并为一条；同时我们还认为，龙门山断裂并非是坝区所通过唯一的一条断裂，据国家地震局地球物理研究所2005年楼海等人采用小波分析方法，对川滇地区重力异常进行了分离计算后得到局部和区域二部分异常；认为：浅层的局部异常的龙门山异常梯级带走向与地表地质观测的北东向龙门山断裂走向相平行。表明；龙门山断裂不管从深度上，还是从走向空间的展布上其规模还是属于有限的浅层断裂构造；而且，这个浅层的龙门山断裂构造又是迭加在区域近南北向断裂构造之上[2]。（图2）
（2）南北向松潘—都江堰—邛崃—雷波断裂（图1）
从卫片解译结果表明，该断裂带北起松潘北，往南经汶州、都江堰、邛崃、峨眉、雷波以南进入云南，走向为近南北向，长度达600公里以上。该断裂南段雷波—峨眉段与雅龙江断裂、安宁河断裂及甘洛—布拖断裂等统称为川滇南北向断裂带*1；以峨眉往北经洪雅扦入成都平原之下，在邛崃水口场至新津的新生代地层之中的亮带，微地貌陡坎，邛崃河湾转制译有两条隐伏断裂，可能是该断裂中北段部份；再往北是同一经度上岷江南北向断裂带，与此似有相连接之势。
我们研究发现区域重力异常图上出现了近南北向重力异常梯级带，与松潘—都江堰—邛崃—雷波大断裂相重合，该断裂似与浅层的北东向龙门山断裂呈—斜交重叠立体展布之势，其夹角达30-40度[2]。（图2）
从龙门山及邻区地壳厚度图上，我们可以清楚地看到，松潘、汶川至都江堰一带也呈现近南北方向等厚度线的密集带，与区域的深部重力异常梯级带分布完全相一致。（图3）
（3）东西向南充—广汉—都江堰断裂
该断裂东起南充东，经广汉至都江堰以西地区全长达300公里以上，走向为近东西向；据地表地质资料表明，南充—广汉—都江堰断裂，仅局限于南充至中江一段，该断裂东头被新华夏系川东带限制，断裂的中江段西头又被巴中—仪陇莲花状构造的南部所干扰影响*1。
据航磁化极异常图表明，南充、广汉至都江堰一带，航磁化极异常所呈现的串珠状南北两侧呈现异常的巨大变异带，其异常总体走向为近东西向，该异常有向东和向西继续分布的情况，表明该断裂分布的规模远不止300公里，而是800公里，甚至上千公里，可见其规模是异常宏大。（图4）
从剩余重力异常，其几组北东走向的正负异常南西端，较整齐的消失于都江堰至彭州东西向的一线上，紫坪铺坝区正好位于这一东西方向上。（图5）
从龙门山及邻区地壳厚度图可以看到；都江堰至小金一线；等厚度线呈现由南北方向急剧向东西方向弯折的突出异常变化，其弯折角度近乎90度，都江堰至新都地壳等厚度线呈一近东西，或南西向的隆起，隆起北缘都江堰至彭州一线明显出现近东西向地壳等厚度线的梯级带，表现深部断裂构造与线层断裂构造有相一致，说明，浅层的断裂构造有受深部断裂所控制的特点（图3）。另外，我们还看到，坝区正处于地壳厚度急剧转折部位附近。[3]
（4）北北东向断裂
1980年四川地震局地震地质编图组所编绘的龙门山地区新构造，从图上我们可以清楚地看到，在紫坪铺坝区及其附近地区有一条近南北向的断裂构造通过，该断裂明显切错北东向龙门山断裂。（图6）
以上我们可以看出，在都江堰紫坪铺坝区，及其附近地区正处于三组的断裂构造带交汇部位。这样的部位，断裂构造十分复杂，远非仅为《报告》所认为的简单的一组龙门山北东向断裂构造，把坝区的断裂构造看得过于简单。
2 关于断裂构造的活动性
1976年中国唐山7.8级地震，1995年日本版神7.2级地震，1999年中国台湾集7.6级地震等，震例表明，巨大的地震灾害是位于城市之下的活动断裂快速挫动所引起的，我们说，如果巨大的地震不是发生在城市，而是发生在一座容量巨大的水库或其附近时，那么，它的后果是不堪设想！因此，研究水库之地下或附近活动断裂的分布并采取相应措施，主动积极的减轻地震灾害具有重要的意义。
为了说明其深部断裂构造的活动性，我们从以下5个方面给予说明。
（1） 野外地质调查
通过四川地质局区测队野外调查表明，在坝区及附近地区出现一组走向近南北向其中一条通过坝区附近尤其引起我们的注意，断裂长度达50—60公里，该断裂已斜切北东向的龙门山断裂构造，并呈反时针纽动。（图6）
（2）重力异常形态特征
从重力异常垂直二次导数图我们可以看到，在都江堰南部附近地区，出现有形态规整，异常轴走向为北东向、北北东向和东西向的重力低值负异常带。这类低值负异常，它主要是反映第四系、第三系低密度地层的分布特征；这中异常轴向出现三次扭动，表明，每出现一处扭动就是该处被近南北向断裂所错断的证据。（图7）
（3）地震活动性
某一时段内，中小地震沿某一方向呈现有规律条带的分布，往往是反映该方向断裂活动的证据。如：从图8所示，近10余年历史仪器记录M≥4.0地震活动分布情况，反映了松潘—茂汶—汶川—都江堰及以南地带，南北向断裂带构造带活动呈现十分明显的条带状活动情况，其强度之高，频度之大实在是令人吃惊，表明在近十年来活动仍在加剧。（图8）
（4）岷江河流的河谷被牵引和扭错
从坝区及其附近地区的野外调查可以看到岷江的河谷被扭曲、错动的现象。如"南北向的岷江，当其从北向南流至漩口附近时，突然转变为一近东西向；当其从旋口向东流至都江堰附近时，却突然又转变为近南北向。这种河流河谷出现转变的扭曲、挫动，说明近东西向断裂和南北向断裂现今最新活动的特征，同时也反映了东西向和南北向断裂控制河流流向的特征。（图9）
（5）强烈的第四系构造活动
从成都平原第四系厚度图，我们可以看到紫坪铺工程坝区位于成都平原北西缘邻近几公里的山区，成都平原北西缘是盆地沉降幅度最大的中心地带，总体呈北50°东走向；实际上，明显为北东东向，沉降中心厚度为150—500米不等，呈斜"列"式分布所组成，即每一"列"之间，均呈现整体向北的"错动"；这当中，以坝区南东的那一"列"最为突出，其沉降中心厚度达580米以上。这种变化可能被现今强烈活动的近南北向断裂扭错所造成。（图9、10）
以上情况表明，3组不同方向的断裂构造，南北向断裂构造是现今活动最为突出和强烈。
3 关于对历史地震与古建筑
我国著名地震学家丁国瑜院士曾在《中国地震历史资料拾遗》（刘昌森等2003）的序中说到："历史地震资料在区域地震活动性研究、地震参数的确定、地震区划、地震危险以及地震灾害的预测与评估等方面均有重要作用。有时候，一个历史大地震事件的发现，一条新的重要现象记载的发现，会改变人们对一个地点、地区地震活动状况的认识，改变对一项重大工程地震危险性程度的评估结果，看似很零碎的材料或很一般的事实记载，却可能成为解决在地震科学研究或防震减灾工作中一些重大问题的关键依据。"从丁先生的讲话，我们可以看到，研究历史地震资料对今天地震科学研究、防震减灾和重大工程建设等工作具有极其重要的作用。[4]
从历史资料查明，对坝区及其附近地区有历史记载已达5000年左右。在这悠久的历史时段中，有关历史地震与古建筑的记载虽然非常稀少，虽然100多年前才有点滴的一些模糊记载，只是到了近代才又稍加详细了一些。仅管如此，我们会从这有限的模糊的历史文献和古建筑记载中发现过去历史大地震所遗漏的珠丝马迹。如：
（1）历史地震记载
公元前195年;地点：灌县。原文：汉惠帝2年正月，灌县地震，八月乃止，（据《灌县志》7卷十四）。
公元前14年，地点：灌县，资料原文：汉成帝文延三年，岷山崩[4]。
据灌县关于历史地震记载如"岷山崩"类似意思的记载还有不少。它仅给了都江堰及其附近地区一个十分模糊，有一定破坏的地震发生情况，但破坏到什么程度不清楚，如地震震级大小、震中位置、震源深度等情况是十分困难的。从现今大地震的现场调查对比来看，我们认为这"山崩"的含义至少可说明当时地震震级还是相当高的。
（2）与地震有关的古代"塔"*1
古建筑是古代的见证，古建筑也是古代历史地震的反映，因为古建筑如古塔、古墓、古代的房屋建筑等，是真实、客观地保留古代地震的各种现象和表征；而这些现象和表征对于我们研究、揭示过去千百年所发生的地震及地震有关的种种情况，如：地震震级的大小，震中的大致位置，当时的社会政治、经济情况具有重要的作用。为此，我国及国际的历史、建筑、地震等有关部门对于古建筑的研究是格外重视。
龙兴寺塔位于坝区东30公里左右彭州市北门，据考查系唐代大中元年（公元847年）所建；属十七节密檐式方砖塔，高约34.5米。据史书记载，明弘治年间龙兴寺塔"缺去东北一角，只存三面，历久如故。"说明在明弘治以前更长的时间，此塔已被地震震裂为四瓣（后东北角残余下三瓣）；[5]据我国著名的古建筑、建筑史学家张驭寰先生考证认为，彭州龙兴寺塔门窗上下开裂，塔身被分成四瓣，是彭州历史上遭受大地震的破坏影响所造成[6]。据笔者现场调查，认为：彭州龙兴寺塔震裂的这种情况与1547年山西解州大地震造成靠近震中很近的安邑太平兴国寺塔被震裂为四瓣的情况十分相似，也与1976年唐山7.8级地震靠近震中20公里左右的丰润天宫寺观音塔开裂有一定相似的情况[7]；所不同的是，彭州龙兴寺塔震裂的裂缝明显地要比山西安邑太平兴国寺塔*1、河北丰润天宫寺观音塔的裂缝还要宽、要深些[6、7]。（图11）表明，这次地震震级是相当的大，由此也可以充分地说明，坝区40公里范围内历史上曾发生过7.5级左右大地震的重要事实。
据《报告》：近100—200年坝区附近300公里左右所发生的7次大地震，对坝区的破坏影响都不是很大，其最大地震烈度也仅为6度。看来，这种认识实在是大错特错。（图12）
4 关于坝区及其附近地区地壳的稳定性
（1）从以上的研究表明，坝区及其附近地区深部是处于三组活动性断裂构造交汇部位，该部位地下岩石是极其破碎和地壳结构极不稳定。虽然，地表上有三迭系须家河组地层，岩性为厚层砂岩的推覆体，但这仅仅给人们似"稳定"的假象。如果说，在这个本身就不稳定的地带上还要建造一座如此巨大的蓄水大坝，它能"稳定"吗？！据了解，在我国20世纪50—60年代，对处于多种活动性断裂构造交汇部位上修建的广东新丰江水库、河北唐山陡河水库等给我们都曾留下过深刻的教训。
（2）地壳的均衡调整
从地壳厚度图我们也可以看到，从成都平原向松潘高原，地势逐渐由低变高，地壳厚度也逐渐由薄变厚，但到了茂汶东较场一带地壳厚度却从55公里变成48公里，松潘以东的雪宝顶等，海拨却是最高，为5588米左右，是黄龙现代隆起的主峰地带，地壳厚度却仅
为44—46公里；这就说明在这里的松潘—汶川—都江堰断裂构造带，是一个地壳的失衡带，地壳最深，没有山根。这样一个失衡地带，正是现今地壳最为活跃的地带，而地震的活跃就是其中主要的活动方式[8]。（图3）
坝区灾害未来预测
从以上的分析讨论，我们可以对坝区及其附近地区的有关问题大胆地作出如下预测。
1、 未来大地震的震中位置
从以上研究表明，我们认为，坝区及其附近地区应是未来大地震（7.5级左右）的中心位置。其理由是：
（1）坝区及其附地区正处三组活动性大断裂构带交汇部位，据我国著名已故科学家李四光教授的地质力学理论认为，这样的交汇部位应是大地震集聚应力的最佳场所。
（2）坝区及其附近地区所处的深部构造背景与1933年8月25日茂汶迭溪7.5级地震有相似特征，甚至比它具有更为复杂的深部构造背景[9]。
（3）彭州龙兴寺古塔受大地震的破坏情况，对上述结论意见给予了最活生生的一个"证据"和支持。说明，坝区及其附近地区，历史上曾发生过M>7.0级大地震的事件。据大地震可重复的原则，坝区及其附近地区未来发生7.5级左右大地震是可能的。
（4）M≥4.0级地震围空区
四川地震局所提供的近10余年地震记录（M≥4.0级）表明，松潘、汶川、都江堰、等地，表明了南北方向分布活动带，这里值得提出的是，在靠近大坝，并以都江堰、小金、松潘、棉竹等地形成了一个中强地震的围空区，这个围空区位于被地震专家称之于的著名中国南北地震带中部区域，要知道这是近10余年这一区域的最新地震观测记录资料，是重要的异常现象，它反映靠近坝区内现今断裂活动的闭锁段，是应变能积累高应力区域，是未来发生大地震的中长趋势背景；看来，这个靠近坝区的中强地震围空区的异常变化现象，值得引起格外的注意！（图8）
2、坝区及其附近是地震的高烈度区
一个地区地震基本烈度的确立，主要是根据历史地震和该地区处的深部地质、地球物理特殊条件及新构造活动等基础资料所决定的，然而原《报告》在这二个根本问题上均有重大的失误和明显的错误。从前面的分析研究中，可以看到坝区及其附近地具有与迭溪7.5级地震相类似的深部地质、地球物理构造背景。据迭溪7.5级地震的极震区烈度为十度，极震区面积达290平方公里，震源深度为15公里[10]。根据烈度衰减关系，我们认为：坝区及其附近地区的地震基本烈度应为9度，或9度以上才比较科学和符合坝区的实际情况。现《报告》把坝区地震烈度定为不大于7度的地区，显然坝区的抗震强度实在是太低！看来大坝难以抵御7级以上地震的影响和破坏。
3、坝区建成后是各种灾害易发生地带
（1）诱发地震，坝区地处大地震孕育的最佳地质，地球物理环境条件，一旦坝区蓄水，很可能诱发坝区及其附近地正在孕育的大地震，由于大地震的发生会给该地区人民生命财产和国家的社会主义建设造成巨大的，甚至毁灭性的打击。
（2）次生灾害——洪灾，大地震的发生也会给大坝造成巨大的毁坏，从而引发巨大洪灾；据了解工程地处岷江上游河段，距都江堰市9公里，距成都市60公里左右；坝区工程又处于岷江流入成都平原之重要关口；水库建成之后正常蓄水水位要高出成都市地面377米，库容达11.12亿立方米，预计2005年完工[11]。据此，工程建设质量和安全运行十分重要。如果，大坝一旦被大地震所毁，这股巨大的洪水就会直泄成都平原，其后果不堪设想！！
（3）世界文化遗产——都江堰工程遭破坏
据2003年10月10《晚霞文摘》第3版《准保卫了都江堰》一文所叙"……紫坪铺电站的调峰运行会导致岷江来水的大起大落，形成对都江堰鱼嘴的直接冲刷，造成对鱼嘴工程的破坏"。鱼嘴是都江堰工程的灵魂，它一旦破坏，整个都江堰工程也就遭到毁灭，千年的古文物世界文化遗产——都江堰工程也将随着历史而消逝。
(4) 其它，如泥石流、山体崩塌等灾害；值得注意的是，这种灾害在近一年的时间里，已多次频繁的发生，造成了人员很大的伤亡和国家建设的巨大损失。如：
1、2003年8月29日早晨7时和下午3时，在一场暴雨中，两股泥石流从龙池镇查关村6组尖尖山山顶奔泻约600米，将紫坪铺水库料场施工区内一石灰窑厂20余人围困，阻断查关村至龙池镇的道路；
2、2004年5月距紫坪铺大坝临近的一山坡上发生一岩崩，巨大的山岩崩塌，造成213国道较长时间的停止通行。
3、2004年12月7日4时10分，位于新213国道都江堰至汶川段的龙眼睛隧道发生瓦斯爆炸事故，造成61人受伤，4人死亡。
4、2003年紫坪铺大坝在导流洞的施工过程中发生瓦斯大爆炸，造成地下施工作业人员60余人伤亡的惨剧。
5、2005年12月紫坪铺水库大坝旁都江堰至汶川的高速公路地下隧道施工中发生瓦斯大爆炸，造成地下施工作业人员44人死亡的惨剧。
结论与建议
1 结论
（1）原《报告》所认定的，紫坪铺坝区及其附近地区大地震的影响烈度不超过7度的"工程区40公里范围内，历史上未见有强震发生……"，这论断应予否定，应修改为9度，或9度以上；坝区40公里范围内，历史上曾发生过7.5级左右的大地震。
（2）原《报告》所认定的，紫坪铺坝区属地壳结构基本稳定的论断也应予以否定；该地区的地壳结构应属基本不稳定地区，坝区及其附近地区未来具有发生7.5级大地震的深部构造背景。
2 建议
（1）停建紫坪铺水库枢纽工程，或炸掉已建好大坝。
（2）如不停建，则必须修改原设计；修改后设计须按9度，或9度以上的地震基本烈度进行设防。以此提高坝区抗大地震的能力，确保成都平原的安全万无一失。
（3）国务院应组织中科院、水利部、地质矿产部、石油部等专家，重新对紫坪铺水利枢纽工程基本烈度进行审定。
紫坪铺坝区存在的问题是十分严重的；但这种分析认识仅属一家之言的个人看法。对此个人建议供国家参考。
2006年2月24日
