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探秘三峡库区幽深隧洞:与世隔绝监测地震数据

时间:2016-11-16 10:50:59 点击:

  核心提示:打开一道门,再一道门,还有一道门……穿过长长的通道,一直到打开8道门以后,才能看到里面的一些玄机。很多人大概不会想象到,近些年三峡库区很多水库诱发地震的有关监测数据正是来自于这个幽深的隧洞。很多水库诱...

  打开一道门,再一道门,还有一道门……穿过长长的通道,一直到打开8道门以后,才能看到里面的一些玄机。很多人大概不会想象到,近些年三峡库区很多水库诱发地震的有关监测数据正是来自于这个幽深的隧洞。

很多水库诱发地震的监测数据来自于这个幽深的隧洞 (摄影/李鹏)

  幽深隧洞里几乎都能听到自己的心跳

  这个幽深的隧洞就位于湖北省宜昌市郊夷陵区森林公园里,地处长江三峡、葛洲坝、清江三大水利枢纽工程交汇处,这里也是宜昌中心地震台(以下简称宜昌地震台)所在地,在其主楼背后一栋小二层楼内,打开一道沉重的船舱门以后,就可以进入这个深达200多米的隧洞。

  宜昌地震台1982年开始筹建,宜昌地震台老台长、现副台长张传忠是宜昌地震台建设最早的参与者之一。据张传忠回忆,上个世纪80年代初这个隧洞就已经建造好,它是宜昌地震台最为重要的地震监测基地,包括举世瞩目的三峡工程、葛洲坝、清江三大水利枢纽工程及整个湖北鄂西广大的区域都是它的重要监测范围,而三峡水库则是其中的重中之重。

  这是一个经过特殊处理的隧洞,最外面的船舱门可以起到很好的隔热、隔音和隔潮作用,为了进一步减轻外界环境的干扰,隧洞的洞壁也经过了特殊的双层隔热隔潮处理,这样其内部环境就始终处于温度及湿度都十分恒定的状态。为了最大限度避免外界的干扰,距洞口最近的地震监测仪器也得走过8道隧洞的门及1道监测室门,而最里面纵横相交、长达近30米的重要监测仪器水管倾斜仪,则要经过11道隧洞的门外加1道监测室门才能抵达。

  由于洞顶还覆盖着平均29米厚的土层,加上对隧洞科学的设计和防护处理,这里面的洞温基本常年都在18.02℃,并且年变化小于0.2℃,能够满足多种监测仪器对观测环境的要求。

  隧洞里是一个特殊的、与外界完全隔绝的世界,静得几乎都能听到自己的心跳或者是一枚针落到地上的声音。

  最开始在这里工作的时候,宜昌地震台副台长袁曲十分害怕自己一个人晚上到隧洞中去检查仪器。那时,袁曲是宜昌地震台最年轻的一个,虽然是女孩子,但也要值夜班。有一次洞中的设备出了问题,有时一个晚上要进去五六次。夜晚第一次进洞时,对袁曲而言的确是个很大的心理挑战。“那时我感觉洞里面十分阴森,进洞时,只能听见自己的脚步身。”

  人是一种非常奇怪的动物,只要在一个陌生的环境中呆上较长的时间,马上就能够适应下来。对袁曲而言,既然成了地震监测人员中的一员,这就是她必须要接受的工作环境。因此不久以后,袁曲就习以为常了。

隧洞中的地震监测仪器不时就要进行查验(摄影/李鹏)

  三峡水库被安上了一只只无线“侦听”耳朵

  隧洞的安静也是地震监测所必须的。也就是在这样几乎绝对安静的环境中,数十台精密地震仪器30余年来每时每刻都在监听大地的脉搏。

  这里的水管倾斜仪是用来监测地面发生的倾斜的,水管倾斜仪里边是蒸馏水,玻璃管的两端连着信息接受器,如果发生了地壳运动,玻璃水管就会发生倾斜,从而产生一个落差,这样通过水管倾斜仪就可以接收一定范围内地震发生的信息。

  除了水管倾斜仪,山洞里水泥台基上还有监测地壳应变、重力的模拟地震仪和数字地震仪等设备。之所以要把这些设备放在山洞里,还设置多重门的拦阻,宜昌地震台台长黄仲说,这主要是为了使监测环境和外界隔绝、不受外界干扰,从而保持监测结果的真实可靠。

  就在这些设备工作的同时,室外地震监测室的电脑系统也在随时接受各种地震监测仪器所发出的各种数据,而与之联网的中国地震台网,也能够在第一时间或者最快的时间内得到他们这里所得到的地震监测数据以及其它各种检测信息。按照现在的规定,平时他们所得到的不能实时上传的信息每半个小时就要向国家地震台网汇报一次。如果遇到地震等突发情况,时间间隔还要缩短。

  宜昌地震台就像给三峡水库安装上了一只只能够无线侦听的耳朵,三峡水库任何一个细小的震动,都不能逃脱它们的耳朵。凭借它们,国家地震局及其他国家高层也能够及时掌握三峡水库的动态活动,并对可能存在的一些风险提前进行判断,并进行一些必要的防范。

  因为位于三峡工程、葛洲坝水利工程和隔河岩水利工程三大水利工程的聚集处,与全国其他一些地震台相比,宜昌地震台就显得更为重要。就全国范围而言,湖北并不是地震的危险区域,历史上也少有大型地震的发生,三峡大坝所选择的位置也是十分稳定的地壳板块,但是监测三峡大坝周围的地质活动依旧是十分重要的任务。

  库区任何小的地震活动都能及时捕捉

  在湖北省4个较大的地震断裂带中,三峡大坝所处的鄂西就有高桥断裂带、仙女山-----九畹溪断裂带和远安断裂带3个,黄仲他们需要对这3个地震断裂带密切观测。

  以全国断裂带的标准而言,尽管这些断裂带十分短小,一般只有数十公里,最长的仙女山-----九畹溪断裂带也只在160-180公里,但是因为三峡大坝位于附近,这让它们依旧成为重要的观测对象。尤其是仙女山-----九畹溪断裂带,自上个世纪70年代葛洲坝工程筹建以来已经被全国地震地质多个领域专家的脚印所踏满。如今,它也是宜昌地震台和长江水利委员会的重要监测对象。

  三峡大坝建成以后,当地水库诱发的中小型地震趋于频繁,对仙女山-----九畹溪断裂带等地震监测重点区域进行监测并将有关监测信息迅速传递到国家层面,也成了这个宜昌震台十分重要的任务。

  为了监测蓄水以后出现的水库诱发中小型地震,1997年,三峡工程专门建设了三峡地震监测台网,截止2014年底已经有20多个监测点。黄仲说,他们的监测数据和三峡地震监测台网的监测数据在湖北省地震局汇总,就能够为库区震情的监测提供比较可靠的依据。

  “三峡库区任何小的地震活动,都能够被我们通过仪器及时捕捉到。”宜昌地震台台长黄仲表示。通过这种监测,黄仲他们也洞察到水库诱发地震的一些规律。比如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。但从严格意义上讲,这些只能称为由岩溶区溶洞的顶板塌陷和废弃煤矿坑塌陷引起的震动,并不能算作真正意义上的地震。

  黄仲他们监测发现,三峡水库涨水时有小的地震,在退水的过程中也有一些中小型地震,而低水位运行期地震发生频率则要少得多。2003年三峡蓄水至2014年底,三峡库区共发生过4次4.0级以上地震,即2008年4.1级,2013年5.1级,2014年上半年的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。

  另外,宜昌地震台会同三峡地震监测台网的监测显示,无论是三峡水库蓄水期还是放水期,其中小型诱发地震都有一定的滞后性,即在蓄水或者放水到峰值或者最低值数天以后才诱发小型地震。

  近年来,三峡库区诱发的地震引起了很多人对三峡工程诱发大型地震的担忧,黄仲说虽然近年来的众多中小型地震的确和三峡蓄水密切相关,但就总体而言,所有的地震都没有超过历史水平,这表明三峡工程并没有对当地的地质环境的稳定性造成不可逆转的破坏。

  中国工程院院士、中国工程院三峡工程阶段性评估专家组组长沈国舫认为,2008年以前三峡水库就已经开始大量蓄水,5年间水面上升了109米,水压对岩层的调整已经完成,而从156米至175米再增加的19米水头变化,不会引起库岸地震地质条件的重大改变。尽管预计蓄水至175米高程后,库区地震的频度和强度会有所增长,但仍以微震为主,不会超过三峡工程论证中所预计的最大震级。

  据了解,早在1958年,我国就持续不断地对三峡地区的地震活动情况进行了全面监测,为三峡工程坝址的选择提供了完备的数据与资料。长达几十年的科学论证和监测资料表明,三峡蓄水可能诱发的极限地震为5.5级至6级,破坏性不会很大,而且,可能发生这种极限地震的断裂带分别位于仙女山和九畹溪附近的深山老林,对三峡工程和周边地区的影响较小。

  近年来,三峡库区相关检测机构一直持续在对三峡库区的地震情况进行检测,目前的信息显示,尽管三峡库区在蓄水以后地震发生的频率大大增加,但是基本上都是3-4级一下的小震,并且绝大部分是发生在岩溶与矿洞分布地区、震级小于3级的浅层微震。2008年11月发生在湖北秭归县境内的最大的一次地震,震级也只有4.1级,远低于预期值。

  “50年连续不断的监测表明,三峡工程175米试验性蓄水不会诱发破坏性较大的地震。”长江水利委员会三峡勘测研究院地震研究监测处主任、高级工程师曾新平表示。

  水库诱发地震:已经有了参考样本

  水库诱发地震并不是一个新鲜事物,它是指因水库蓄水而诱使坝区、水库库盆或近岸范围内发生的地震,诱发成因主要有两类:其一是溶岩坍塌型,是指水库蓄水导致溶岩坍塌,此种类型最为常见,多为弱震或中强震;其二是断层破裂型,是指水库蓄水造成当地地质应力改变,致使断层破裂,其发生概率较低,但有可能诱发中强震或强震。

  其实,对于水库诱发地震,中国已经积累了一些宝贵的观测数据和资料,其中最为典型的是针对广东新丰江水库诱发地震的长期观测。新丰江水库又名万绿湖,是华南最大的人工湖,总面积1600平方公里,其中水域面积370平方公里,是杭州西湖的68倍,大坝高124米,长440米,它也是世界上第一座经受六级地震考验的超百米高混凝土大坝。

  1959年月10月,新丰江水库截流蓄水后不久,库坝区及附近就频繁发生有感地震,并且地震监测显示小震活动频度很高。而后,在地震监测人员的建议下,水库的大坝被及时进行了抗震加固。

  1962年3月19日,新丰江大坝附近发生6.1级地震,震中离大坝仅1.1 公里,震中烈度高达Ⅷ度,这次地震使刚按Ⅷ

  度加固的大坝出现了长达82米的水平贯穿性裂缝,发电机组和开关站均受损坏而停止运转。

  研究表明,新丰江水库诱发地震就属于断层破裂型。此后,新丰江水库中小地震接连发生,频度很高。在此情况下,我国宇宙又决定按Ⅹ度对大坝进行第2 次加固,付出了高的经济代价。

  但是与此同时,有关部门专门为新丰江水库建立了地震观测网,也正是从此开始,我国水库诱发地震的监测开始被予以重视并得到了很大的发展,其中一些重要监测和研究方法,为现在的三峡水库诱发地震监测提供了宝贵的资料。

  黄仲认为,在未来一些年内,中小型地震依旧会随着三峡水库的蓄水和放水发生,但是未来随着三峡库区地质环境的趋于稳定,这种水库诱发地震就会减少。事实上,新丰江水库诱发地震自1962年的6.1地震以后,水库的诱发地震的强度就开始逐年迅速减弱。最近几年虽然发生了几次4级以上、5级以下的地震,但总体上水库诱发地震趋于平缓的趋势依旧没有变。

  当然,三峡水库诱发地震未来在趋势上会呈现出什么样的具体变化,还有待黄仲他们和长江水利委员会的持续监测,这也是当前不能掉以轻心的事情。

作者:admin 来源:网络
 

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