审视西南重大工程开发建设的地质风险 评论

审视西南重大工程开发建设的地质风险 评论

时间:2020-03-16 10:26 作者:admin 点击:
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  2008年“5?12”汶川特大地震发生后,笔者立即推迟了西北水资源考察项目,马上招来伙伴们,一次又一次的进入到地震灾区,亲身经历目睹了震后次生灾害的威力,并且更加认识到灾后重建中对地质次生灾害调查研究防范的紧迫性和重要性。

  根据从各种渠道陆续看到的地震灾区航空遥感图片,我们尽力从中捕捉地震灾区重大地质灾害源、重大地震破裂点,汛期后我们又去寻找这些重要的地震地质遗迹。我们徒步翻山越岭,绝不放弃每一个信息,对航空遥感图片上的每一处影像进行解读、分析、修正。在这个过程中看到了一个又一个具有价值的地震地质遗迹和地质灾害源。

  我们对“5?12” 汶川地震造成的地质次生灾害的认识和成因分析还仅仅是初步的,根据国内外水电建设的经验教训和西南横断山地区独特的地质背景和地理位置,汶川地震后,就当前西南横断山水电开发态势,我们认为应该认真审视和研究,特别要重视以下问题。

   一、关于地震地质风险

  横断山脉位于青藏高原东部,印度板块与欧亚板块相接、至今地壳运动仍然剧烈复杂的造山带,是杨子板块与冈底斯-印度板块之间巨型造山系的组成部分。其特点是,活动性断裂构造十分发育,挤压、褶皱、隆起并伴随着引张、伸展、裂陷,形成了冷谷相间的纵列峡谷地貌和山间断陷盆地(湖泊),这样的地质地貌为江河发育和水能富集创造了有利条件。但是,随着青藏高原第四纪以来的快速隆起,周边河谷如岷江、大渡河、雅砻江、金沙江、澜沧江、怒江等河川的强烈下切,高山峡谷和滩多流急的河谷形态还在强烈的演变中,区内断裂构造体系如鲜水河断裂、龙门山断裂、安宁河断裂、小江断裂、程海断裂、澜沧江、怒江断裂等频繁的新构造运动,使强烈的地震活动沿着这些断裂带频繁发生,河谷两侧高陡斜坡地上大规模的山体崩塌、滑坡屡屡发生,临灾危岩地貌发育,高地应力区河谷强烈下切卸荷而产生的大型危岩山体给工程建设和城乡安全带来了诸多不利影响。

  近年来,国内外许多学者越来越认识到在这些地质背景下灾变的可能性,提出加强对灾变和应变研究的重要性,并且认为渐变、均变与突变(灾变)相结合的非线性旋回演化在该地区是存在的,这是全面认识该区域地质规律的基本前提,灾变论旋回与地质旋回的研究已受到地质学界的重视。

  发育在横断山脉的河流均受到地质构造的控制,而这些地质构造大多是活动性的,为地震多发带。

  特别值得注意的是,金沙江、澜沧江、怒江是地球上著名的三江并流,这样的格局在地球上也是绝无仅有的。三条河流从青藏歹字型构造带转折区开始一直由北向南同行,到了横断山脉中段金沙江突然掉头东去,一路上曲折拐弯,最后流向太平洋,造就了中国东部的滋润与繁荣。“三江并流”以东的雅砻江、大渡河、岷江等与金沙江具有相似特点,它们同向并流一段后,各自沿着北东和北东东方向发生了曲折的拐弯,在雅砻江锦屏大拐弯刻画出与金沙江石鼓大拐弯相似痕迹的反“N”字型流向,大渡河、岷江也显示了不规则“L”型拐折的流向,而汶川地震的震中就位于岷江河湾的拐点处,沿东北方向200余公里的北川县重灾区也恰好位于涪江上游河湾拐点,这些河流拐点都是活动性断裂所控制经过的地方。河流受构造断裂控制,基本上遵循了区域复杂地质构造的展布规律。

  横断山水电建设大多分布在这些危险的河段上。

  1。岷江紫坪铺电站坝址和库区位于龙门山中央断裂和岷江河湾转折端;岷江上游干支流加上沱江、涪江、嘉陵江上游干支流的上百座水电站建于该断裂带上,在地震中受重创,60%的中小电站几乎不能恢复。紫坪铺水库蓄水运行不到2年,就发生了地震。这应该引起我们的深刻反思和认真研究,不应该认为大坝没有决堤就证明地震危险区可以建电站,更不应该因此树立了在地震断裂带上建高坝大库的信心。不可回避的事实是紫坪铺水电站地震后地质环境已经变得非常恶劣,上游新增数亿立方米的崩塌滑坡泥沙源可能导致水库寿命的缩短,电站水库功能也难以恢复到震前状态,很多安全隐患并没有解除,经济损失和恢复重建代价巨大,预期经济目标也难以实现。

  2。大渡河瀑布沟电站位于北西向的道孚-康定断裂(鲜水河断裂带)与北东向的龙门山断裂带南端的结合部,大渡河在石棉发生拐折向东并在该段形成长约50公里的宽谷地,瀑布沟电站利用这一河谷形态建设高坝大库,坝高186米,库容53.9亿立方米,在其上下游均在进行梯级电站建设,在这样一个已经休眠了数十年的地质危险区,未来一连串的高坝大库一旦蓄水运行,对地震活动的影响应该引起足够重视。

  3。雅砻江:在锦屏山反“N”型大拐弯已开工建设锦屏Ⅰ、Ⅱ级巨型电站,上游一级坝高305米,库容77.6亿立方米,下游二级为载湾取直大流量引水式电站,位于木里弧形断裂构造带和南北向的稻城-剑川断裂带复合地质构造区,并有微板块缝合带显示,地质构造背景非常复杂,地震地质研究工作没有重大突破,地震活动性长期处于休眠状态,而相邻区在几百年中已发生数次强震,在其上下游已正在实施梯级开发,将形成一系列高坝大库群,这对地震活动的影响不能不引起重视。

  4。金沙江:在中下游石鼓以下规划13级(进入长江后还有石棚拟建,小南海在建,三峡建成,葛洲坝建成等四级)。分别位于南北向的小江断裂带、安宁河断裂、绿叶江断裂带,这些地区均为地震多发区。在建中的向家坝、溪洛渡、白鹤滩、乌东德、以及虎跳峡一库八级均为超巨型高坝大库电站,在金沙江中下游上首尾相连。虎跳峡一库八级布局在金沙江反“N”字型河湾,龙头电站水库布置在石鼓拐点一带(比选中),主要是利用该段金沙江板块缝合带的宽谷形成大库容,对下游梯级将调节补偿1100多万千瓦的电力。而这种布局和设计规模在地质上同样是危险的。

  5。澜沧江和怒江:处于板块缝合带和微缝合带,即澜沧江断裂带和怒江断裂带,为我国地震活动多发区。澜沧江和怒江并列南行,分别进入南中国海和安达曼湾,是维系东南亚半岛的命脉,在中国境内分别规划有澜沧江13级,总库容515.26亿立方米,怒江13 级,总装机2132万千瓦。

  以传统的眼光和简单的对比来寻求西南水电开发的理由是危险的,甚至会误导决策。处于不同地质地貌单元的河流在开发程度上根本不具可比性。国外不少水电开发程度较高的河流大部分并不在地质活动断裂带上,其地质环境和自然生态环境也大大优于我国横断山区的河流。

  地质学家们认为,中国西南地区的断裂构造,不论是单一断裂还是复合断裂,对地应力场均有明显的影响,通过数值模拟的研究,在西南广泛发育的复合型断裂构造带,断裂交汇部位往往是应力集中区,即使是单一断裂,在断裂端部和断层几何形态的不同和各段的力学性质的差异均能造成局部的应力集中,在横断山地区强震发生的空间分布上与这一结论有很好的一致性。如表1。

  同时,地质学家们承认,各种因素对地应力的影响有一个准确的认识,还需要很长很艰苦的过程,目前的认识仅仅是初步的,由于还缺乏在野外进行大面积地质体变形、变位的运动学和动力学研究,不论是在基础地质研究方面,还是在地应力、活动断裂、地震地质研究方面都还有一些重大问题至今未能很好地解决,例如岷江上游(包括龙门山)地区的构造等问题,主要断裂的活动性及新构造应力场发展演化问题都未进行系统研究。

   二、关于水库诱发地震

  水库诱发地震,是一个科学命题,不是杜撰,也不是设想,同时也应该是一个工程技术问题。其诱发机制还在探索争议中。目前的研究认为,水库诱发地震取决于库坝区地质环境、地质构造背景和水库运行的总体组合条件。根据国内外水库诱发地震的情况,可分为两类:一是水体渗透储积条件,二是诱震的地质构造条件。

  横断山诸河流河谷分布有沉积岩、变质岩和火成岩,并出露有象征地球岩石圈中构造活动最强烈、结构最复杂的蛇绿岩混杂带。西南横断山河流岩层结构破碎,断裂构造复杂,在建和规划库坝区具备不同程度的渗漏条件,水库蓄水造成岩体的抗压和抗剪强度降低,破坏岩体内应力均衡状态,改变地下水动力条件和库岸岩体动力平衡,在其他条件具备时,从而成为水库诱发地震的因素。

  区内河流具备地球上最活跃的地质构造背景,活动断裂纵横交错,坝址和库区难以避开这些构造活动区,而大多数断裂构造与地震活动均有成因上的联系。

  从对世界近2000多座水库的分析表明,水深和库容在水库诱发地震的动力机制中具有一定程度的因果关系。

  水体负荷所产生的正应力、剪应力远小于完整岩石的抗压和抗剪强度。如果具备以下两个条件:(1)岩体破碎,裂隙发育;(2)水体负荷产生的超孔隙水压足够大。那么水库负荷所产生的剪应力和孔压力就形成诱发地震的直接作用因素。同时,还是触发较大初始应力的间接作用因素。

  另外,由于横断山河流流量季节变化大,一旦河流上形成首尾相连的水库群,消洪增枯的频繁交替以及水库间库容差异和频繁调度,引起库容水深的不断变化,也会引起库岸围岩结构瞬时应变,在这种快速频繁的变化中,也可能导致应力失衡而诱发地震,

  汶川地震前以前的2005至2006年间,沿岷江河谷和紫坪铺水库库岸都汶高速公路施工隧道中多次发生瓦斯爆炸和岩压异常,这是非常值得研究的案例,可惜当时并没有引起警觉。

  地震预测预报是一个尚未攻破的世界性难题,水库诱发地震的动力机制、水文机制、岩石应变机制等都还存在着较大争议。特别是在青藏高原、横断山这样的地质科学前沿地区更应该继续深入研究。然而,在这些引起极大关注和争议的关键问题还没有取得共识、一些重大科学技术问题还没有突破性成果的情况下,我们的建设就开始了!