紫坪铺水库与汶川地震关系的讨论.pdf

书书书 第 33 卷第 1 期 2011 年 3 月 地震地质 SEISMOLOGY AND GEOLOGY Vol． 33，No． 1 Mar．， 2011 doi 10． 3969/j． issn． 0253 － 4967． 2011． 01． 017 紫坪铺水库与汶川地震关系的讨论 马文涛 1 徐长朋 1， 2 张新东 3 徐锡伟 1 李海鸥 1 苑京立 1 1 中国地震局地质研究所，拉萨地球物理国家野外科学观测研究站，北京100029 2 山东省地震局，济南250014 3 河北省地震局邯郸中心台，邯郸056001 摘要利用紫坪铺水库专用地震台站和加密地震台站资料， 使用双差法完成了震前 930 次地震、 汶川 8 级主震和 5 789 次余震的重新定位， 探讨了紫坪铺水库与汶川地震之间的关系， 获得了有利于 证明它们之间密切关联的事实 1 紫坪铺水库 2005 年蓄水之后出现了水磨、 深溪沟和都江堰震群， 地震应变能释放增加了 200， 与库水位变化密切相关， 在汶川地震前呈现出加速释放的现象; 2 野 外调查表明存在 1 条贯穿紫坪铺水库库区、 走向 NE 的同震地表破裂带， 与中滩铺断层位置一致; 3 余震分布以中滩铺断层为界， 西北上盘多， 东南下盘少; 4 利用 P 波初始到时重新确定出的汶川主震 发震时刻为 27 分 59. 5 秒， 初始破裂深度在 6 ～9km 左右， 直接位于水磨震群之下; 5 汶川主震与发 生在 2008 年 4 月 5 日水磨震群中的 1 次小震的各个台站到时差相同。 关键词紫坪铺水库汶川地震水库诱发地震同震地表破裂初始破裂地点震群 中图分类号 P315． 2文献标识码 A 文章编号0253 －4967 2011 01 －0175 －16 〔收稿日期〕 2010 －10 －12 收稿， 2011 －03 －15 改回。 〔基金项目〕 “十一五” 国家科技支撑计划项目 2008BAC38B04 资助。 四川省地震局、 河北省地震局邯郸中心台参与了编制地震观测报告。 0引言 2008 年5 月12 日14 28 汶川发生了8 级地震， 瞬间造成了69 197人遇难， 18 209 人失踪， 374 176 人受伤; 造成直接经济损失 8 451. 4 亿元， 是中国近些年遭受的第一大灾害。大多数 作者从区域构造背景上解释了汶川地震的成因， 强调青藏高原隆起、 高原东缘向 E 或 SE 方向 运动， 导致龙门山断裂带的强烈挤压， 引发了这次 8 级地震 徐锡伟等， 2008; 王卫明等， 2008 。 根据2004 年印度尼西亚9 级地震之后的红外增温结果 马瑾等， 2010 ， 龙门山断裂带上构造应 力得到了进一步的增强。区域构造背景和地球动力学条件无疑是造成汶川 8 级地震发生的主 要原因。但是， 紫坪铺水库在 8 级地震中的诱发因素引起了人们的特别关注， 存在着紫坪铺水 库与汶川发生 8 级地震有关和无关 2 种观点。 持紫坪铺水库与汶川 8 级地震有关观点者认为 该水库具备了诱发地震的基本条件 范 晓， 2008; Richard et al．， 2009 ; 紫坪铺水库蓄水后 b 值发生改变且库水压的增加量与大震应力 降同级 雷兴林等， 2008 ; 蓄水后的库仑应力增量足以引发地震 Shemin et al．， 2009 ; 水磨地 震的震源机制与汶川 8 级地震的一致 胡先明等， 2009 等。持两者无关观点者认为 汶川 8 级 地震地质33 卷 地震的震源深度为 14km ① ， 对于水库诱发地震而言深度太深; 紫坪铺水库周边的 M － T 图像没 有增强 Deng et al．， 2010 ; 蓄水后的库仑应力不足以引发汶川地震 Gahalaut et al．， 2010 ; 紫 坪铺水库库水区没有断层通过②; 水磨震群和深溪沟震群属于水库诱发地震， 但都江堰震群与 紫坪铺水库无关 胡先明等， 2009; 卢显等， 2010 ; 水库诱发地震震例中多为前震 － 主震 － 余 震型， 还未诱发出过 8 级地震 陈颙， 2009 ; 库水不能渗透到汶川 14km 处的地震震源深度 Deng et al．， 2010 等。 在前面的研究中， 人们虽然已经使用紫坪铺水库专用地震台站资料研究了紫坪铺水库的地 震活动性， 而汶川 8 级地震的参数是由震中距 ＞ 20 多 km 的地震台站所提供的 刘启元等， 2008 ， 缺乏使用小台距地震台站资料对汶川 8 级地震参数的进一步验证， 而恰恰紫坪铺专用地 震台站的小台距为地震定位提供了高精度数据。 本文除充分利用紫坪铺水库 2004 年原建的 7 个水库专用地震台站、 2009 年 12 月增建的 6 个地震加密台站外， 还利用周边台站的地震高精度数字资料， 研究了紫坪铺水库区的地震活动 性、 同震地表破裂分布、 汶川 8 级地震初始破裂地点深度、 余震分布等问题; 探讨了紫坪铺水库 地震与汶川地震之间的关系; 揭示了一些涉及紫坪铺水库蓄水与汶川 8 级地震关联的重要事 实， 供关心此问题的专家学者研究讨论。 1紫坪铺水库的蓄水过程与研究方法 紫坪铺水库属大Ⅰ型水库。2005 年 9 月 30 日开始蓄水， 水位由 760. 36m 快速升高， 到 2005 年 12 月 5 日达到 835. 91m， 2006 年 10 月 14 日水位上升到最高值 875. 18m， 2007 年 12 月 12 日水位再次上升到 873. 39m， 在汶川 8 级地震发生前共经历了 3 次蓄水、 2 次放水过程。 2008 年 5 月 12 日汶川 8 级地震发生时紫坪铺水库的水位是 828. 66m。紫坪铺水库达到最高水 位 875. 18m 时， 水库蓄水造成了近 115m 的水头落差， 西南库尾回水到距水磨镇约 2km， 西北库 尾回水到映秀镇下游， 东北库水顺支流向北淹没原龙池镇镇址 图1 。 紫坪铺水库 2004 年原建的 7 个水库专用地震台站和 2008 年 12 月增建的 6 个地震加密台 站 表1， 图 1 使用了 24 位数字地震仪， 以 GPS 授时系统提供高精度的到时服务; 港震数字地 震仪的 GPS 授时系统是摩托罗拉 M12， 美国 Reftak 130 型宽频记录仪的 GPS 授时系统是 Garmin VT600， 时间误差 ＜10μs。对时系统都采用 30min 对 1 次时， 实现了观测系统的高精度 性。 通过对地震波形的再处理， 整理出紫坪铺水库的地震观测报告。结果表明， 紫坪铺水库库 区地震活动在空间上呈现出丛集分布的特征。由于许多地震之间的距离远小于它们到台站的 距离， 并小于震源区地壳速度结构不均匀的尺度， 地震定位选用 Walhduaesr 等 2000 提出的双 差定位方法。双差定位方法把地震之间的距离远小于它们到台站的距离的事件记录配对， 从而 避免了射线路经不确定所引起的误差， 有效地提高了定位精度。本研究使用雷建设等 2009 获得的地壳 P 波速度模型和黄媛等 2008 的青藏高原地壳 P 波速度模型， 先后对汶川 8 级地 震前的 930 次地震、 汶川 8 级主震和 2009 年 1 月至 12 月的 5 789 次余震进行了重新定位。在 671 ① ② 中国地震局， 2008，http / /www． csndmc． ac． cn/newweb/data． htm。 李敏， 汪雍熙， 2008， 紫坪铺水库诱发地震预测意见回顾与蓄水后的验证。 1 期 马文涛等 紫坪铺水库与汶川地震关系的讨论 图 1紫坪铺水库区汶川 8 级地震前的地震分布图 Fig． 1The seismic distribution at Zipingpu reservoir area before the MS8. 0 Wenchuan earthquake． 绿圈为蓄水前发生的地震， 红圈为2005 年10 月至2006 年4 月发生的地震， 黄圈为2006 年6 月至2008 年4 月发生的 地震; 红三角形为紫坪铺水库专用台站， 红五角星是汶川 8 级地震初始破裂的修正位置; 圆圈从大到小分别代表 3 ～3. 9 级、 2 ～2. 9 级、 1 ～1. 9 级和 0 ～0. 9 级地震 汶川地震同震地表破裂的地质调查资料来源于徐锡伟等， 2008 东经 103 ～104， 北纬 30. 7 ～31. 3的范围内， 获得了高精度的地震分布图像 图1， 表 2 ， 为 深入研究奠定了基础。 2汶川 8 级地震前的库区地震活动性 紫坪铺水库蓄水前从 2004 年 5 月至 2005 年 9 月， 在距水库 10km 范围内存在一些地震活 动 图1 中的绿圈 。主要分布在水磨、 庙子坪、 龙池、 映秀和深溪沟等地， 其特征是沿着穿过库 771 地震地质33 卷 表 1紫坪铺水库专用地震台站和加密地震台站参数表 Table 1The parameters of seismic stations of Zipingpu reservoir 紫 坪 铺 水 库 专 用 地 震 台 站 台站 代码 台站 名称 仪器型号建台时间 GPS 对时系统型号， 对时间隔 记录采样率 /Hz BAJ八角 港震的 EDAS － 24L 数据采集器， RSFS －1A 型短周期地震计 2004 年 8 月 16 日 摩托罗拉 M12， 30min100 TZP桃子坪 港震的 EDAS － 24L 数据采集器， RSFS －1A 型短周期地震计 2004 年 8 月 16 日 摩托罗拉 M12， 30min100 BAY白岩 港震的 EDAS － 24L 数据采集器， RSFS －1A 型短周期地震计 2004 年 8 月 16 日 摩托罗拉 M12， 30min100 MZP庙子坪 港震的 EDAS － 24L 数据采集器， RSFS －1A 型短周期地震计 2004 年 8 月 16 日 摩托罗拉 M12， 30min100 ZDZ钻洞子 港震的 EDAS － 24L 数据采集器， RSFS －1A 型短周期地震计 2004 年 8 月 16 日 摩托罗拉 M12， 30min100 GHS桂花树 港震的 EDAS － 24L 数据采集器， RSFS －1A 型短周期地震计 2004 年 8 月 16 日 摩托罗拉 M12， 30min100 LYS灵岩寺 港震的 EDAS － 24L 数据采集器， RSFS －1A 型短周期地震计 2004 年 8 月 16 日 摩托罗拉 M12， 30min100 紫 坪 铺 水 库 加 密 地 震 台 站 WJC望江村 美国 Reftak 130 型宽频记录仪， 英国L －22E/3D 型短周期检波器 2008 年 12 月 24 日 Garmin VT600 GPS 接收器， 30min 200 DBT大坝台 美国 Reftak 130 型宽频记录仪， 英国L －22E/3D 型短周期检波器 2008 年 12 月 23 日 Garmin VT600 GPS 接收器， 30min 200 YNT油碾台 美国 Reftak 130 型宽频记录仪， 英国L －22E/3D 型短周期检波器 2008 年 12 月 27 日 Garmin VT600 GPS 接收器， 30min 200 BYD白云顶 美国 Reftak 130 型宽频记录仪， 英国L －22E/3D 型短周期检波器 2008 年 12 月 26 日 Garmin VT600 GPS 接收器， 30min 200 AZP安子坪 美国 Reftak 130 型宽频记录仪， 英国L －22E/3D 型短周期检波器 2008 年 12 月 25 日 Garmin VT600 GPS 接收器， 30min 200 XJP谢家坪 美国 Reftak 130 型宽频记录仪， 英国L －22E/3D 型短周期检波器 2008 年 12 月 25 日 Garmin VT600 GPS 接收器， 30min 200 书书书 表 2紫坪铺水库附近在汶川 8 级地震前的地震分布情况 Table 2The distribution of seismic magnitude in Zipingpu reservoir before MS8． 0 Wenchuan earthquake 东经 103 ～104， 北纬 30. 7 ～31. 3; 时间从 2004 年 5 月至 2008 年 4 月 震级 ML 0 ～0. 91 ～1. 92 ～2. 93 ～3. 9 次数502356437 区的 NE 向的中滩铺断层和映秀断层的附近 地区分布。地震月频次 ＜25 次， 最高震级为 3 级左右。 从 2005 年 9 月 30 日蓄水到汶川 8 级地 震发生前， 虽然在地震震级上没有出现明显 的增大现象， 但地震次数明显增多。2006 年 1 月地震月频次首次达到 33 次， 之后出现了 多次的 2 级地震， 在 2006 年 10 月达到了月 871 1 期 马文涛等 紫坪铺水库与汶川地震关系的讨论 频次 45 次， 在 2008 年 2 月达到了汶川 8. 0 级地震前的最高月频次 125 次。这些地震主要以震 群形式出现， 在库区周边先后出现了水磨震群、 深溪沟震群和都江堰震群等 胡先明等， 2009; 卢显等， 2010 ， 它们都位于距紫坪铺水库 10km 的范围内。到汶川 8 级地震发生前， 最大地震 为 2008 年 2 月的都江堰 3. 6 级地震。 水磨震群位于紫坪铺水库的西南侧， 在蓄水之前就存在一些地震， 大都是 1 ～2 级的弱震。 蓄水之后， 震群活动进一步增强， 出现了多次 2 级多地震的震群。在 3 个蓄水年份、 2 个蓄满水 周期过程中都出现了地震活动， 在第 1 蓄满水周期的高水位 877m 时 2006 年 10 月 达到了最 大地震月频次。 深溪沟震群位于紫坪铺水库的东北侧， 在蓄水之前就存在着少量的地震， 大都是 1 ～2 级的 弱震。地震主要出现在蓄水年份 2006 年， 在 2006 年 3 月达到月频次最大值后震群活动减弱。 都江堰震群位于紫坪铺水库的东南侧， 在蓄水之前就存在少量的地震， 2008 年 2 ～ 4 月震 群活动明显加强， 2 月份地震频次出现最大值 125 次， 发生 3 次 3 级以上的地震， 它们分别是 2008 年2 月28 日23 19 28. 12 的3. 6 级地震、 2008 年3 月12 日22 52 15. 78 的3. 3 级地震 和 2008 年 4 月 11 日 03 31 23. 25 的 3. 5 级地震。 从震群发生的时间序列来看， 蓄水后初期从 2006 年 1 月起首先在水磨北发生了一系列的 地震， 形成水磨震群， 然后在 2006 年 3 月发生了深溪沟震群， 2008 年 2 月至 4 月发生都江堰震 群。其中有与库水位快速上涨或高水位同步的地震， 如 2006 年 10 月和 2007 年 6 月的地震， 它 们表现出对水位变化的快速反应; 也存在着对水位滞后的地震， 如 2006 年 1 月的水磨震群、 2008 年 2 月的都江堰震群 图2 。 库区地震月频次和地震蠕变 傅淑芳等， 1991 能释放量在蓄水前后有一个明显的变化。 蓄水前比较接近线性释放， 月频次 ＜ 25 次， 每年蠕变能释放量在 1. 2 108J1/2左右。蓄水后地 震蠕变能释放量明显变化， 从 2006 年 1 月至 10 月持续增长， 在 2007 年 5 月至 7 月和 2008 年 2 月又 2 次阶跃， 导致在 2 年半多的时间内由地震引起的蠕变能多释放了 2. 4 108J1/2， 释放增加 了 200。每次蠕变能释放的加速与库水位变化密切相关， 并在主震前形成了一个逐渐加速释 放的过程。 3同震地表破裂分布 紫坪铺水库地处青藏高原东边的南北地震带上， 属高烈度区， 天然地震频发。特别是 NE 向的龙门山断裂带是一条大规模活动断裂带， 它由后山断裂、 中央断裂、 前山断裂和山前隐伏断 裂等组成 徐锡伟等， 2008 。紫坪铺水库正好坐落在中央断裂带南段上。中央断裂带南段由 2 条地表断裂组成， 一条为映秀断裂， 另一条就是穿过紫坪铺水库库区的中滩铺断裂。 汶川地震同震地表破裂的地质调查结果表明， 在龙门山中央断裂带南段地表形成了 2 条同 震地表破裂带 徐锡伟等， 2008 ， 走向 N60 ～70E， 其中一条与映秀断裂带相重叠， 另一条穿过 紫坪铺水库库区与中滩铺断层相重合。地表可见纯逆冲倾滑型破裂。穿过紫坪铺水库库区的 中滩铺断层的东北端始于深溪沟西南， 向西南方向经龙池南山坡、 庙子坪后， 横穿紫坪铺水库库 区， 在水库南岸边一直延伸到水磨西南， 总长度在 20km 左右， 走向N60E左右 图3 。 野外库区地质调查中， 我们也在穿过紫坪铺水库库区的同震地表破裂带上见到 2 个同震破 裂点， 并进行了同震地表破裂的测量， 获得了测量点位置的经纬度、 海拔高程、 位错量等数据。 971 地震地质33 卷 ①同 176 页①。 ②PDE， 2008， http / /earthquake． usgs． gov/earthquakes/eqinthenews/2008/us2008ryan/。 ③Harvard， 2008，http / /www． globalcmt． org/cgi － bin/globalcmt － cgi － bin/CMT4/。 图 2紫坪铺水库水位变化、 地震 M － T 图、 月频次和蠕变能图 Fig． 2The water level， M － T plot， monthly fre- quency and creep deation at Zipingpu reservoir． 第 1 个点在紫坪铺水库北岸的庙子坪附近、 都汶高 速路至汶川方向 9km 处， 据中铁二十一局都汶高速 路项目部胡经理介绍， 汶川 8 级地震将新建的都汶 高速路路面错断 位置 东经 103327. 7″， 北纬 31 0149. 7″， 海拔高程 913m ， 形成了落差 1m、 西南盘 下降、 西北盘向 E 水平右旋位移 1m 的同震地表破 裂。从图 4 中的照片可见同震地表破裂形成的公路 破损带已修复， 路边还存在着断裂错动的遗迹。第2 个点在龙池隧道内， 我们在龙池隧道内见到了错动现 象 隧道南端洞口位置为东经 1033355. 0″， 北纬 310251. 5″; 海拔高程 1 038m ， 在距龙池隧道南端 洞口北20m 处形成了20cm 的垂直落差、 西北盘向 E 水平右旋位移 20cm 的同震地表破裂， 将龙池隧道错 断 图4 。这些资料说明有 1 条位移量不太大的汶 川地震同震地表破裂分支穿过了紫坪铺水库库水 区。 紫坪铺水库区观测的汶川地震余震结果表明 图3 ， 余震分布主要局限在穿过库区的 NEE 向同 震地表破裂 中滩铺断层的西北地带， 说明穿过 库区的 NEE 向的中滩铺断层是一个重要的断层面。 4汶川 8 级地震初始破裂点深度的重 新确定 震源深度往往被认为是区分水库诱发地震与天 然地震的最重要的指标之一 胡毓良等， 1979 ， 也成 为紫坪铺水库与汶川发生 8 级地震无关的重要根 据。现由不同部门测定出的汶川 8 级地震的深度分 别为 14km①、 19km②、 12km③和 18. 8km 陈九辉等， 2009 表 3 。但由于所使用的地震台站的震中距 都在 20 多 km 以上 刘启元等， 2008 ， 需要得到近 距离地震台站资料的验证。 紫坪铺水库专用台站分布于库区附近， 最小台 距 ＜10km， 可以根据小台网来限定汶川 8 级地震初 始破裂的位置和深度。我们读取了汶川 8 级地震在 081 1 期 马文涛等 紫坪铺水库与汶川地震关系的讨论 图 3紫坪铺水库区汶川 8 级地震余震分布图 Fig． 3The aftershock distribution of MS8. 0 Wenchuan earthquake at Zipingpu reservoir area． 黄色圆圈为余震; 红三角形为紫坪铺水库专用台站和加密台站; 红五角星是汶川 8 级地震 初始破裂修正位置 汶川地震同震地表破裂的地质调查资料来源于徐锡伟等， 2008 紫坪铺水库各地震台站的原始记录 图7a， 表 4 ， 它的 P 波初动震相和到时非常清楚， 以八角 地震台站到时最早。但由于汶川 8 级地震为多次破裂， 除了 P 波初动较易辨认外， 后续波包含 了 S 波和其它破裂的 P 波后续波震相， 非常复杂。 181 地震地质33 卷 图 4紫坪铺水库附近汶川 8 级地震同震地表破裂分布图 Fig． 4The coseismic surface ruptures of 2008 Wenchuan earthquake near Zipingpu reservoir． 汶川地震同震地表破裂的地质调查资料来源于徐锡伟等， 2008 书书书 表 3已确定出的汶川 8 级地震基本参数 Table 3The basic parameters of the MS8. 0 Wenchuan earthquake 日期时间纬度/ 经度/ 震源深度/km数据来源 2008 －05 －1214 28 01. 531. 002103. 32219PDE① 2008 －05 －1214 28 04. 031. 0103. 414 中国地震局② 2008 －05 －1214 28 0. 3930. 960 7103. 352 518. 8陈九辉等， 2009 书书书 ①同 180 页②;②同 176 页①。 281 1 期 马文涛等 紫坪铺水库与汶川地震关系的讨论 为了了解双差法分别使用 S － P 波到时差和 P 波到时的定位差异， 我们特意分别使用 S － P 波到时差和初始 P 波到时数据计算了紫坪铺水库的地震分布， 两者之间的定位精度 ＜2km 图 5 。所以， 我们可以使用初始 P 波震相进行汶川 8 级地震初始破裂点的重新定位。 图 5使用 S － P 波 红圈表示 和 P 波 黑圈表示 到时确定出的地震定位结果比较 Fig． 5Comparison between the locations of earthquakes using S － P wave arrival time red line and P wave arrival time black line near Zipingpu reservoir． 书书书 表 4紫坪铺水库地震台站汶川 8 级地震初始波到时 Table 4The arrive time of initial P wave of MS8.0 Wen- chuan earthquake at the seismic stations in Zipingpu reservoir 台站 名称 台站 代码 震 相 波到时 年 － 月 － 日时分秒 八角BAJP2008 －05 －1214280. 59 桃子坪TZPP2008 －05 －1214281. 34 白岩BAYP2008 －05 －1214281. 51 庙子坪MZPP2008 －05 －1214281. 77 钻洞子ZDZP2008 －05 －1214282. 37 桂花树GHSP2008 －05 －1214282. 71 灵岩寺LYSP2008 －05 －1214283. 42 考虑到紫坪铺水库地处川西过渡带上， 分别使用平均地壳 P 波速度分层模型 雷建 设等， 2009 表 5 和青藏高原地壳 P 波速 度分层模型 黄媛等， 2008 表 6 。 如果将汶川 8 级地震的发震时刻、 震中 位置 和 深 度 按 照 14 2800. 39;北 纬 30. 961，东经 103. 353; 18. 8km 陈九辉等， 2009 设置为初始值 图 6 中的 A ， 使用初始 P 波震相和青藏高原地壳 P 波速度分层模型 黄媛等， 2009 ， 按照双差法计算得到汶川地 震的发震时刻、 震中位置和深度分别是 142759. 450;北 纬 31. 000046，东 经 103. 380 116; 8. 548km ， 见图6 中的 A。 如果将汶川8 级地震的发震时刻、 震中位置和深度按照 14 28 00. 39; 北纬 30. 984， 东经 103. 450; 10. 2km 假设为初始值 图6 中的 B ， 使用初始 P 波震相和雷建设等 2009 的地壳 P 波 381 地震地质33 卷 书书书 表 5P 波地壳速度分布 雷建设等， 2009 Table 5The distribution of P- wave velocity in Sichuan Province after LEI Jian- she et al．， 2009 深度/km0. 05. 012. 0 20. 035. 0 速度/km s －1 4. 80 5. 806. 206. 406. 60 速度分层模型， 使用双差法计算得到汶川地震的发 震时刻、 震中位置和深度分别是 14 27 59. 93; 北 纬30. 995 432， 东经 103. 406 859; 6. 154km ， 见图 6 中的 B。 所以， 汶川 8 级地震的发震时刻为 14 27 59. 450，震 中 位 置 为 北 纬 31. 000 046，东 经 书书书 表 6青藏高原地壳 P 波速度 分层模型 黄媛等， 2008 Table 6The distribution of crustal P- wave velocity in Tibet Plateau after HUANG Yuan et al．， 2009 深度/km0. 02. 028. 0 64. 075. 0 速度/km s －1 5. 20 6. 03 7. 257. 908. 10 103. 380 116; 考虑到紫坪铺水库附近的地壳 P 波 速度模型的不确定性， 初始破裂深度应该在 6 ～ 9km 范围内。 图 6汶川 8 级地震初始破裂位置和深度的重新定位结果 Fig． 6The relocation result of the initial rupture location and depth of MS8. 0 Wenchuan earthquake near Zipingpu reservoir． A 和 A分别按照 14 28 00. 39; 北纬 30. 961， 东经 103. 353; 18. 8km 陈九辉等， 2009 设置为初始值和 重新定位; B 和 B分别按照 14 28 00. 39; 北纬 30. 984， 东经 103. 450; 10. 2km 设置为初始值和重新定位 5库区小震与汶川主震的到时差对 比分析 修正后的汶川 8 级地震发生初始破裂的地点 位于八角地震台站北， 初始破裂深度在 6 ～ 9km 范围内， 与水磨震群非常接近。汶川地震与水 磨震群的关系成为紫坪铺水库与汶川地震关联的纽带。在 2005 年 9 月 30 日蓄水前水磨附近 已经有小震存在， 紫坪铺水库的 3 次蓄水、 2 次放水过程中水磨都发生了地震 距最高库水位 2 ～3km ， 其大部分震源深度在 3 ～8km 之间。 481 1 期 马文涛等 紫坪铺水库与汶川地震关系的讨论 而从紫坪铺水库的震源机制结果看， 水磨震群与汶川 8 级地震的逆冲断层型震源机制一致 胡先明等， 2009 。 在 2008 年4 月5 日04 01 16. 54 的水磨震群中有1 个 ML1. 3 地震， 该地震在各台站的初 动到时差与汶川 8 级地震惊人地相同， 位置在未来主震的初始破裂位置上 图7 ， 而该小震震 源深度在 7. 8km 左右， 这意味着汶川地震的初始破裂点的位置在当时已经开始出现破裂。 6结论 以上列举了 4 个重要事实 水库蓄水与应变能释放加速在时间上同步; 贯穿库区存在1 条 中滩铺断层， 而蓄水后出现的水磨、 深溪沟震群恰好位于该断层的两端; 震后又发现了同震位 移; 利用库区专用台站对汶川主震进行了重新定位， 结果显示 汶川 8 级地震的发震时刻为 14 27 59. 450， 初始破裂点位于八角地震台北 1km 处 北纬 31. 000 046， 东经 103. 380 116 ， 震源深度在 6 ～9km 之间， 说明主震位置更接近库区， 深度较浅; 对比汶川 8 级地震前水磨震群 中的小震和汶川主震的到时差记录， 发现两者在各个台站的到时差惊人地相同， 说明 2 个地震 的震源位置非常接近。这些事实从时间上和空间上说明汶川地震与紫坪铺水库有一定的联系。 7讨论 紫坪铺水库地处高烈度区， 在蓄水前存在着较为频繁的小震或弱震活动， 最大地震震级为 3 级左右， 年地震应变释放约为1. 2 108J1/2， 根据2004 年印度尼西亚9 级地震之后的红外增温 结果 马瑾等， 2010 ， 龙门山断裂带上的构造应力得到了进一步的增强， 正进行着孕震过程。 而在紫坪铺水库西南的水磨地区， 浅部分布着易发生水库诱发地震的灰岩。再加上该地蓄 水之前不断发生的小震活动， 在其地壳浅部形成了许多裂缝， 并且中滩铺断层穿过了紫坪铺库 区。所以， 紫坪铺水库具备了水库诱发地震的渗漏条件。 在已往的大多数水库诱发地震震例中 胡毓良等， 1979; 丁原章等， 1989; 杨清源等， 1996 ， 往往存在着不小的前震或越来越多的微震， 仅从 M － T 图上能够很明显地显示出地震活 动增强的现象， 成为了水库诱发地震震例的重要标志之一。例如， 中国新丰江水库在 6. 1 级地 震前的最大前震为 4 级， 并伴有地震频次不断增强的现象。印度的柯依那 6. 5 级水库地震前存 在着 5 级地震。而汶川 8 级地震的前震只有 3. 6 级， 即使对 1 次 8 级天然地震来说前震震级都 偏低。有一种可能是因为诱发的主要是断层的重新活动， 其前震数量比较少， 可以从含已知断 层面的岩石力学实验中的声发射活动特征得到验证 马瑾， 1987 。 在汶川 8 级地震发生后， 我们根据哈佛大学的矩心矩张量解目录， 在 1977 年 1 月至 2010 年 6 月期间内在川滇及邻近地区总共收集了大于 MS4. 5 的中强震级以上的地震 124 次， 大多 数地震震级为 5 ＜ MS≤6， 其中最大地震为2008 年5 月12 日的 MS8. 0 汶川地震， 该构造应力场 方向为 245， 倾角为 9 马文涛等， 2010 ， 而汶川地震发生前原构造应力场的最大应力 σ1的方 位角为 257， 倾角为 16; 中间应力 σ2的方位角为 87， 倾角 74; 最小应力 σ3的方位角为 348， 倾角 3 许忠淮等， 1987; 崔效锋等， 1999， 2006 ， 说明汶川地震的发生没有引起构造应力 场的变化。由于汶川 8 级地震主震破裂起始点的震源机制解以逆冲为主 王勤彩等， 2009 ， 逐 步由以逆冲断层型为主转变成走滑型为主 王卫明等， 2008 ， 倾角 60， 与构造应力场的最大应 力 σ1夹角 56， 其摩擦系数等于 0. 75， 非常不利于产生滑动， 因此， 我们断定区域构造应力场不 581 地震地质33 卷 图 7汶川 8 级地震 a 与水磨震群中 2008 年 4 月 5 日 04 01 16. 54 的 M L1． 3 地震 b 波形比较 Fig． 7The comparison between the wave of the MS8. 0 Wenchuan earthquake a and the ML1. 3 earthquake b near Shuimo area at Zipingpu reservoir at 04 01 16. 54 on April 5， 2008． 681 1 期 马文涛等 紫坪铺水库与汶川地震关系的讨论 图 8紫坪铺水库诱发汶川 8 级地震的过程示意图 Fig． 8The diagrammatic sketch of the process of Zipingpu reservoir inducing the MS8. 0 Wenchuan earthquake． 红圈为汶川 8 级地震之前的地震; 红五角星是汶川 8 级地震初始破裂的修正位置 是汶川 8 级地震的初始发震力。 从紫坪铺水库的震源机制结果看， 水磨震群与汶川 8 级地震的逆冲断层型震源机制一致 胡先明等， 2009 。中央断裂带南段由 2 条地表断裂带组成， 其中一条为映秀断裂， 另一条就 是穿过紫坪铺水库库区的中滩铺断层， 在整个龙门山断裂带的中央断裂带中形成向 NW 凸出的 形状。因此， 这种凸凹体形成的局部应力场是汶川 8 级地震的初始发震力。 在紫坪铺水库蓄水前存在着较为频繁的小震或弱震活动， 最大地震震级为 3 级左右， 年蠕 变能释放约为 1. 2 108J1/2， 可能正在进行着孕震过程。紫坪铺水库 2005 年蓄水之后， 在一定 的水压和水渗透作用下， 在距库水 10 余 km 范围内先后发生了水磨震群与深溪沟震群， 地震震 源深度大都在 3 ～8km 之间， 在 2 年半的时间内多释放了 200的蠕变能， 并且在汶川地震前呈 现出加速释放的现象， 引发中滩铺断层局部右旋的小错动， 明显加速了局部应力场改变的步伐， 进一步引起断裂两侧的都江堰等地的应力集中。在都江堰震群发生后， 相当于将顶在中央断裂 带南段中滩铺断层下的“塞子” 去掉， 引发了中滩铺断层的整体逆冲错动， 带动破裂沿中央断裂 逐步错动， 在区域构造应力场的作用下， 汶川 8 级地震的震源机制逐步由以逆冲断层型为主转 变成以走滑型为主 图8 。 致谢四川省地震局提供了紫坪铺水库专用台站资料，马瑾院士对本项工作进行了指导， 闻学泽研究员提供了活动断裂资料，在此一并表示谢意。 参考文献 陈九辉， 刘启元， 李顺成， 等． 2009． 汶川 MS8. 0 地震余震序列重新定位及其地震构造研究 ［ J］ ． 地球物理学报， 781 地震地质33 卷 52 2 390397． CHEN Jiu- hui， LIU Qing- yuan， LI Shun- cheng， et al．， 2009． Seismotectonic study by relocation of the Wenchuan MS8. 0 earthquake sequence［ J］ ． Chinese J Geophys， 52 2 390397 in Chinese ． 陈颙． 2009． 汶川地震是由水库蓄水引起的吗 ［ J］ ． 中国科学 D 辑 ， 39 3 257259． CHEN Yong． 2009． Did the reservoir impound