在喜马拉雅山麓的一处深邃峡谷中,靠近印度城镇泰里(Tehri),有一千多名工人正在建造一座水力发电大坝。四年左右建成后,泰里高坝将为电力匮乏的印度北部提供 2,400 兆瓦的电力。其选址似乎很完美:水力发电站的能量来自落水,而落差越大越好。一旦泰里大坝截断了布哈吉拉提河(Bhagirathi)狭窄的河谷,中断其奔向恒河的洪流,水将有非常大的落差——从大坝顶部到峡谷底部 850 英尺。此外,大坝后面的 30 英里长水库将提供德里和该地区其他地方在夏季季风到来前的干旱月份所需的饮用水和灌溉用水。对印度规划者来说,泰里大坝的建造具有双重意义。
然而,正是那些使得它成为一个好主意的力量——塑造了喜马拉雅深邃峡谷和高耸山峰的地质力量——也可能导致大坝的毁灭。泰里大坝将矗立在世界上最活跃的地震带之一。距离大坝地点不到十英里的地方,就是连接印度和亚洲大陆的地质边界断层,它有能力引发一场灾难性地震。一些地震学家认为,泰里周围的断层段发生大地震的可能性早已存在,其震级可能高达 8.9 级。他们担心大坝将无法承受。
这场人类戏剧的地质舞台大约在 1.8 亿年前,随着冈瓦纳古陆的解体而搭建。冈瓦纳古陆的一个碎片是一个地壳板块,它承载着现在的印度次大陆。在接下来的 1.3 亿年里,这个板块一直稳定地向北漂移,抹去了当时分隔印度和欧亚大陆的海洋。洋壳俯冲——被强行推入下方的地幔。
但大陆地壳太轻太浮,无法俯冲。因此,当 5000 万年前印度本身最终撞入欧亚大陆时,它遇到了一个屏障。两国大陆都不得不让步。在碰撞区的欧亚大陆一侧,地壳被增厚并向上挤压,形成了青藏高原。在印度一侧,一块巨大的岩石从次大陆的前缘被剥离,沿着一个向北轻轻倾斜、像海滩向着大海一样倾斜的逆冲断层。当印度向前 grinding 时,这块岩石被推回到次大陆上。最终,该断层变得不活跃;此时,在第一个断层下方并与其平行形成了一个新的剥离断层,另一块岩石被推到第一个岩石下方,将其抬升。数百万年来,这两块岩石形成了喜马拉雅山脉。
如今,印度仍然以头朝前的方式撞向欧亚大陆,喜马拉雅山脉仍在建设中。活动剥离断层长约 1,500 英里,宽 60 至 120 英里;从印度北部平原向上,它向下倾斜到山脉之下。大部分时间里,断层是卡住的。但时不时地,当断层中有足够的弹性能量积累,足以迫使被阻塞的大陆向前移动时,它会一次性滑移 30 英尺或更多。这就会产生一次大地震:震级 8 级或更高的地震。
在过去的 100 年里,仅在这条剥离断层上就发生了四次这样的地震。地震——1897 年在阿萨姆发生的 8.7 级地震,1905 年在康格拉发生的 8 级地震,1934 年在比哈尔发生的 8.4 级地震,以及 1950 年在阿萨姆再次发生的 8.7 级地震——每次都断裂了断层的一个不同段。但是,有一个位于康格拉和比哈尔断裂带之间(大致在加德满都和德里之间的经度)的断层段,却异常地保持着平静。这个断层段长 300 到 500 英里,被称为中央喜马拉雅地震空区。
大多数地震学家认为,地震更容易发生在地震空区,因为那里最近没有发生过地震。如果是这样,中央喜马拉雅地震空区就早就该发生大地震了。根据现有历史记录——主要是印度殖民时期的葡萄牙和英国记录——至少 300 年来,那里就没有发生过大地震。尼泊尔一些宗教文献上的笔记表明,1255 年 6 月,一场大地震袭击了加德满都。地震造成该国三分之一的人口死亡,包括国王。假设它断裂了中央地震空区的剥离断层(这一点不确定),并假设它是该断层段最后一次大地震(同样不确定),那么这个地震空区已经积累了 740 年的应变。
去年,科罗拉多大学博尔德分校的地震学家 Roger Bilham、斯坦福大学的 Roland Bürgmann 及其同事利用全球定位系统(GPS)确定了应变量。GPS 是一个围绕全球部署的卫星网络,能够精确到几分之一英寸地测量地面接收器之间的距离。研究人员发现,印度和亚洲以每年约八十分之八英寸的速度正在相互靠近。但是,几乎所有的挤压都发生在尼泊尔中部和西藏之间,也就是喜马拉雅山脉本身;尼泊尔和印度几乎没有变近——因为分隔它们的剥离断层是卡住的。目前,大陆碰撞的能量似乎正在被用于挤压山脉中的岩石;也就是说,它被储存在弹性应变中。Bilham 说,总有一天,岩石会反弹,应变会随着断层上的运动而释放。如果中央地震空区最后一次地震确实发生在 1255 年,那么大约 50 英尺的运动——每年八十分之八英寸乘以 740 年——已经积累起来,需要释放。
要释放所有这些应变需要什么?数百次与今年一月摧毁日本神户的 6.8 级地震,或 1994 年 1 月震撼洛杉矶的 6.7 级地震相当的地震——但如果中央喜马拉雅地震空区容易发生如此数量的微小地震,它们现在就已经发生了。Bilham 说,更有可能的是,应变将通过 8 级或更高级别的地震来释放,就像在剥离断层其他地方发生的那样。Bilham 估计,四次 8.2 级地震,或三次 8.5 级地震,或一次 8.9 级地震就能完成这项工作。(地震释放的能量随着震级每增加一个点,会增加 30 倍。)
损失的范围将是巨大的。Bilham 说,中央地震空区发生一次 8.2 级地震,其影响范围将远达加尔各答和孟买,距离约 850 英里。我们谈论的是影响 1 亿到 2 亿人。在恒河平原沿线,有十几个城市人口至少有一百万,包括首都德里,人口近 900 万,摇晃将非常剧烈,因为松软的土壤会放大这种摇晃。当然,在中央地震空区本身,也就是在断裂段的正上方,摇晃也将非常剧烈。
泰里高坝位于德里东北方向 200 英里处,建在中央地震空区的边缘。
该选址选择于 1961 年,当时板块构造学尚未彻底改变地质学——那时地质学家还不了解喜马拉雅地区地震的基本驱动机制。1972 年印度政府计划委员会批准了大坝的初步设计时,工程师们仍然认为大坝仅会受到该地区纵横交错的小断层地震的威胁。因此,他们设计大坝只能承受 7.2 级地震,他们估计这将产生 0.25 g 的地面加速度——即重力加速度的四分之一——这是由高频地震波引发的快速来回摇晃。
泰里大坝的建设始于 1978 年,但进展缓慢。将用于容纳涡轮机的隧道已经挖好,并已修建了一个小型围堰,在主要大坝正在下游建造时,用于分流布哈吉拉提河。如今,主坝距离峡谷底部仅 50 英尺。它由填石构成——在地震中比混凝土(会开裂)或土壤(会饱和并液化)更稳定——在其中心为不透水的粘土状材料。大坝将采用三角形横截面:其底部(沿山谷方向)将超过半英里宽,而顶部仅 65 英尺宽。当其达到 850 英尺的满高时,其水库将部分或全部淹没泰里镇和一百多个村庄,总人口为 70,000 人。这些民众和环保组织的反对减缓了大坝项目的进展。地震学家的反对也同样如此。
其中一位地震学家是 Vinod Gaur,他曾是印度国家地球物理研究所所长,现任班加罗尔数学建模与计算机模拟中心的负责人。1990 年,Gaur 参加了一个由政府召集的专家委员会,审查备受争议的大坝项目。他成功地说服了委员会,一场远超 7.2 级地震——至少是 8.5 级地震——很可能在泰里发生。这样的地震,如果断裂大坝下方的剥离断层,将能够产生 1g 的加速度,这种加速度足以将建筑物从地基上抛开。
但预期的地震震级大幅增加——考虑到震级标尺的对数性质,增加了十倍以上——并没有让泰里工程师感到担忧:他们得出结论,他们的大坝仍将承受仅 0.25 g 的地面加速度。他们辩称,泰里在 8.5 级地震中的峰值地面加速度不一定会大于 7.2 级地震,并且进一步假设地震的峰值加速度持续时间太短,不足以造成任何损坏。随着大坝建设进行了 12 年,花费了超过 2 亿美元,这种推理使得大坝工程师能够将有效的地面加速度保持在他们设计的水平。
Gaur 和其他地震学家说,地震最强烈的加速度持续时间不足以损坏大坝的假设,对于大地震来说并不普遍。此外,高频地震波引发的强加速度并不是大地震对大型结构造成的唯一威胁。低频地面运动可能更危险,如果它恰好与大坝的自然振荡频率相匹配——对于泰里大坝而言,其自然振荡频率是每秒一次或两次振荡。然后,大坝的运动将大大放大。Caltech 的地震工程师 John Hall 说,这和荡秋千一样。如果你想增加幅度,你就必须随着秋千的自然频率摆动你的脚。当你这样做时,就会产生共振。
共振在强震中更容易发生,因为强震不仅会产生所有频率的更强振动,还会持续更长时间。Hall 说,在 8.5 级地震中,可能会有长达一分钟的强烈摇晃。在这分钟里,你可能会得到十次两秒周期的运动。周期越多,发生共振的机会就越大,倒塌的机会也越大。
早在 1992 年,泰里大坝的设计就经过了一次计算机模拟测试,模拟中大坝暴露在一次 7.1 级真实地震产生的地震波下,该地震产生了超过 1g 的地面加速度。尽管大坝出现了变形,但它完好无损。但 Gaur 说,测试只持续了 12 秒。Gaur 说,如果实验持续时间更长,这种持续测试期间不断增加的变形将继续增加。在某个点上,它可能会显示出失效。
他继续说,但每次提出这些问题时,都会有轻率的说法和不屑一顾的态度——说这些问题已经考虑过了,那些问题也考虑过了。在这种科学文盲严重的环境中,最终胜出的是有多少人重复相同的说法,而不是这个说法在科学上 examined 得有多好。不幸的是,另一方的数量要多得多。
泰里大坝的设计者坚称,即使在 8.5 级地震中,大坝倒塌的可能性也几乎为零。泰里水力发展公司副总经理 B. B. Raj 表示,该设计已被证明是安全的。去年秋天,印度政府正式同意:它批准了大坝设计的最终方案。
如果泰里大坝倒塌,水库中 7000 亿加仑的水将倾泻而下,涌向约 50 英里外的圣城瑞诗凯诗(Rishikesh)和哈德瓦尔(Hardwar)。这两个城市共有 20 万人口,但任何一天都有 10000 名或更多的印度教朝圣者在那里。估计洪水将杀死许多在地震本身中已经死亡的人。而且,随着大坝的消失,印度北部的大部分地区将在试图从一场巨大的灾难中恢复时,失去电力和水源。
当然,即使泰里大坝幸存下来,剥离断层上的大地震也将是一场巨大的灾难。自 1950 年最后一次大地震以来,印度人口呈爆炸式增长,其中大多数人居住在建筑质量差的房屋中;建筑规范几乎没有得到执行。1993 年,一次发生在马哈拉施特拉邦孟买东南部、远离喜马拉雅山区的 6.4 级地震,造成 7,500 多人死亡。不久前,一位名叫 A. S. Ayra 的印度地震学家,来自鲁尔基大学,试图估计 1905 年袭击西部喜马拉雅山区康格拉的 8 级地震重演可能造成的潜在损失。那次地震造成 20,000 人死亡。Ayra 计算,如果今天发生,可能会导致 88,000 至 344,000 人死亡。近 150,000 栋建筑物将完全倒塌,另有 268,000 栋建筑物部分倒塌。如果地震发生在中央地震空区而不是康格拉,泰里大坝也可能倒塌。
没有人知道下一次大地震何时会袭击中央地震空区;可能就在明天,也可能在一个世纪后。有些地震学家,尤其是加州大学洛杉矶分校的 David Jackson,根本不接受地震空区理论——他们认为,如果有什么的话,大地震更有可能发生在最近发生过地震的地区,而不是地震空区。但即使是 Jackson 也会警告印度政府不要掉以轻心。他说,中央地震空区仍然位于板块边界上,它具有与附近发生过大地震的地点相似的地质特征,因此必须被视为发生大地震的候选区域。
因此,印度政府面临着沉重的负担。它拥有蓬勃发展的人口,需要电力和水源。而且它的人民贫困,生活在世界上最严重的地震带之一,几乎完全没有受到地震保护。Roger Bilham 认为,政府应该放弃泰里大坝,转而建造一系列小得多的水电项目,其中任何一个项目被地震摧毁都不会对民众造成严重伤害。他还认为,政府尽管面临其他诸多需求,但必须开始为下一次大地震做好准备。
Bilham 说,如果你是政府,并且担心大地震早已到来,你对你的人民负有可怕的责任。你会怎么做?你会加固建筑吗?像日本一样进行地震应急演习?禁止某种类型的建筑?这些在经济上都是非常严厉的限制。但是,如果你无所作为,而地震发生了,我认为你就是在犯罪式地不负责任。














