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zjc78 2011-12-29 13:18

看了范晓的文章《紫坪铺水库也许真的诱发了汶川大地震 ——紫坪铺水库与汶川大地震关系的研究进展综述后有点想法： 1.文中“ 地震是地下岩石破裂的一种反映 ”，我想应该是：地震是地下破裂（断裂体系）岩石在滑动面（断裂）上活动的一种反映，也就是断裂的快速活动，因为它是构造地震。 2.应力集中导致流体向非集中区扩散，浅部流体向深部是困难的，我倒觉得深部流体由于浅部断裂活跃沿深大断裂向上流是有可能的，因此不反对小地震触发大地震的推论。 3.青藏高原的强烈推挤已经在龙门断裂带积蓄了大量的能量，总是要释放的，是逐步释放（小地震），还是一次性释放（大地震），这要看断裂体系特征及岩石体系特征，如果无法逐步释放，则大地震早震好于晚震。

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范晓：紫坪铺水库也许真的诱发了汶川大地震

热度 11 Majorite 2011-12-28 08:50

【学术争鸣】紫坪铺水库也许真的诱发了汶川大地震 ——紫坪铺水库与汶川大地震关系的研究进展综述范晓世界关注：被聚焦的紫坪铺水库 2008 年 5 月 12 日震惊世界的汶川 8 级大地震发生以后，因为汶川地震的许多“反常”现象，以及紫坪铺水库与汶川地震的特殊时空关联，不少专家学者都怀疑紫坪铺水库的蓄水活动诱发了汶川大地震。由于汶川地震造成了极其严重的生命和财产损失，而且人类活动对自然环境的影响是目前很重要的全球话题，因此，汶川地震三年多来，紫坪铺水库是否诱发了汶川地震的问题，成为了世界媒体瞩目的一个热点，美国《科学》杂志三次刊登有关报道，美联社、英国广播公司、法新社、纽约时报、华盛顿邮报、华尔街日报、基督教科学箴言报、卫报、朝日新闻、明镜周刊等许多重要媒体，都曾发表过相关的报道与访谈。另一方面，这一问题激起了许多专家的研究兴趣与热情，成为科学界关注的一个焦点和前沿研究课题。据不完全统计，目前公开发表于中外专业学术期刊上的相关论文不下五六十篇，由于能够获得丰富的观测数据以及所拥有的专业背景，绝大部分研究成果都是由中国的地震专家在《地球物理学报》、《地震地质》、《地震》、《四川地震》、《西北地震学报》、《华南地震》等中文学术期刊上发表的，另外也有一些以此问题作为研究课题的硕士、博士论文公布。迄今为止的一系列研究成果，已越来越清楚地显示出紫坪铺水库与汶川大地震之间令人吃惊的密切联系。汶川 8 级地震的初始破裂深度只有 6~9 公里对紫坪铺水库诱发汶川地震持否定意见的水电工程专家陈厚群等（ 2008 、 2009 、 2010 ）认为，水库诱发地震的震源深度一般为 1 ～ 5 公里，最多不超过 10 公里，并把它作为紫坪铺水库不可能诱发汶川地震的重要理由之一。但据张倬元（ 1981 ）、刘传正（ 1995 ）、杨晓源（ 2009 ）等提供的数据，世界上一些公认的水库诱发地震，不乏震源深度大于 10 公里的案例：希腊科列马斯塔 6.3 级地震，震源深度 20 公里；赞比亚卡里巴 6.1 级地震，震源深度 20 公里；印度科伊纳 6.5 级地震，震源深度 12 公里；埃及阿斯旺 5.6 级地震，震源深度 18 公里。即使按中国地震台网中心（ CENG ）和美国地质调查局（ USGS ）分别公布的 14 公里和 19 公里的汶川地震震源深度，它们也在上述水库地震震源深度的范围之内。因此，仅以震源深度超过 10 公里，来否定紫坪铺水库诱发了汶川地震，显然缺乏科学依据；另一方面，据中国地震局地质研究所的马文涛等（ 2011 ）的最新研究成果，汶川地震的初始破裂深度只有 6~9 公里，这也为紫坪铺水库诱发汶川地震提供了重要的佐证。中国地震台网中心和美国地质调查局公布的汶川地震震源深度等参数的确定，主要使用的是距震中较远的区域台网的数据，缺乏近距离台站资料的验证，而紫坪铺库区专用台网恰好为地震的精确定位提供了距震中最近、精度更高的数据。马文涛等（ 2011 ）利用紫坪铺库区台网的数据，并使用近年来在地震学界普遍受到重视的双差定位法（ Felix W aldhauser et al. 2000 ），重新确定出汶川 8 级地震的初始破裂深度仅在 6~9 公里左右。中国地震局地震预测研究所的卢显等（ 2010 ），对紫坪铺库区台网 2004 年 8 月 16 日至 2008 年 5 月 10 日记录到的 1569 次地震，利用双差定位法进行了重新精确定位。在震源深度方面，定位前近 60% 的地震震源深度分布在 5 公里以内， 15 公里以下几乎没有地震发生；重新定位后，约 70% 的地震震源深度分布在 5 ～ 15 公里这个优势深度范围内，其中频次最多的是在 5 ～ 10 公里深度， 15~30 公里也有少量地震发生，并且深度分布有一定的连续性，平均深度为 7.8 公里。卢显等（ 2010 ）发表的汶川地震前紫坪铺库区地震的频度与深度图地震是地下岩石破裂的一种反映，地震频次最集中的 5 ～ 10 公里深度以及 7.8 公里的小震平均深度，反映了汶川地震前的岩石破裂也主要集中在这个优势深度范围，而根据岩石破裂实验，后期大的破裂往往出现在前期小破裂最集中的部位，因此这也旁证了汶川地震 6~9 公里的初始震源深度是顺理成章的。中国地震台网中心的周龙泉（ 2010 ）通过对库区地震台网地震数据的处理，发现北川 — 映秀断裂带下方存在一个地震波 P 波速度较高的区域，其深度范围在 0 ～ 8 公里，他认为这可能反映流体沿断层面渗透的最大深度为 8 公里左右。这一最大渗透深度，也与马文涛等得出的汶川地震的震源深度不谋而合。值得注意的是，汶川地震前的小震、汶川地震的余震组成的地震序列中，不乏超过 10 公里深度的。由于水库蓄水引起的较早较浅的孔隙压力扩散导致的岩石破裂（产生地震），会反过来增加孔隙压力的扩散，并使水的渗透和岩石的破裂向深部发展，构成一个不断循环扩展的动力学反馈机制，因此也不能简单地把 10 公里作为水渗透以及孔隙压扩散的下限深度。汶川地震的震源恰好在通过紫坪铺水库的水磨—庙子坪断裂带上汶川地震发震的北川—映秀断裂带在紫坪铺水库附近分为两支，一支在地表通过映秀，可称为狭义的映秀断裂带；一支通过水磨—庙子坪，可称为水磨—庙子坪断裂带（胡先明等称之为周家坪—龙溪断裂和漩口北—岩后—古仙洞断裂；卢显称之为映秀断层；马文涛等称之为中滩铺断层。由于中滩铺是映秀的别称，而这条断裂位于映秀以南，在地表并没有通过映秀，因此不宜将其称为映秀断层或中滩铺断层，与免和上述狭义的映秀断裂带相混）。水磨—庙子坪断裂带恰好在地表穿过紫坪铺水库的主要蓄水区，它向东北方向在深溪沟附近与映秀断裂带交汇。汶川地震的震中位于上述狭义的映秀断裂带在地表的迹线附近，因此，这给人一种错觉，似乎汶川地震是因这条断裂破裂而始。陈厚群等也把“ 紫坪铺水库蓄水并没有淹没到北川—映秀断裂（即上述狭义的映秀断裂带），因此它对该断裂的水文地质条件没有产生影响”，作为紫坪铺水库不可能诱发汶川地震的一条重要理由。但地震学的常识告诉我们，震中是震源在地表的垂直投影，而震源才是汶川地震发生初始破裂的地方。北川—映秀断裂带的断层面都是向西北方向倾斜的，如果由震中按震源深度引一条直线向下到达震源，就会明白震源并不在位于震中附近并通过映秀的映秀断裂带上，而恰恰是在通过水库主要蓄水区的水磨—庙子坪断裂带上，四川省地震局的杨晓源在 2009 年已指出了这一点。另外，在震后的野外调查中，中国地震局地质研究所的徐锡伟等（ 2008 、 2010 ）、马文涛等（ 2011 ）沿水磨—庙子坪断裂带发现了汶川地震时形成的同震地表破裂带。这个破裂带在地表错断了都汶高速公路的路面、庙子坪大桥以及龙池隧道。这也提供了水磨—庙子坪断裂作为汶川地震起始发震断裂的必要证据。马文涛等（ 2011 ）发表的紫坪铺水库诱发汶川地震示意图平面上左边的红线是映秀断裂，右边的红线是水磨—庙子坪断裂，浅蓝色的区域是水库蓄水区；左侧立面上的红五星表示位于水磨—庙子坪断裂面上的汶川地震震源，红五星上方的密集红圈为水磨震群，红五星右侧的密集红圈为都江堰震群徐锡伟等（ 2010 ）发表的汶川地震地表破裂带展布图上为北川—映秀地表破裂带（ F 1 ），该破裂带在图左侧的映秀、水磨沟一带分为两支；下为汉旺—白鹿地表破裂带（ F 2 ）从另一方面来看，包括北川—映秀断裂带在内的整个龙门山断裂带，是一个向下交汇于一个平缓断层面的断裂系，也就是说很多在地表和浅部倾斜较陡的裂隙面，向地下深处都汇聚到一个平缓的裂隙面上，水库的水通过地表任何一处裂隙面向下渗透，都会通过这个相互贯通的断裂系，对这个断裂系所包含其它裂隙面或断层发生影响。换句话说，水库即使在地表没有淹没到某一条断裂，这条断裂也可能受到这个断裂系的其它断裂因为水的渗透和压力扩散带来的影响。如此快速地大幅度地蓄水和放水十分罕见和危险官方公布的紫坪铺水库正式下闸蓄水的时间是在 2005 年 9 月，但实际上的蓄水开始于 2004 年。紫坪铺水库蓄水前，大坝处的天然河流水位高度一般在海拔 752 米～ 755 米。 2004 年 9 月 27 日，紫坪铺水库两个导流洞中的一个被关闭，水库的水位开始由 752 米上升到 775 米（陈厚群， 2010 ），升幅达到 23 米，和后来 2005 年、 2006 年的蓄水相比，这还属于初期的低幅加载，但这已超过了三峡水库由 135 米至 156 米，以及由 156 米至 175 米这两个蓄水阶段的升幅。综合雷兴林（ 2008 ）、陈厚群（ 2010 ）、周斌（ 2010 ）、张永久（ 2010 ）、马文涛（ 2011 ）等发表的数据，可以把紫坪铺水库自 2004 年 9 月开始蓄水至 2008 年 5 月发生汶川地震时的水位变化大致分为以下几个阶段（由于不同作者发表的数据略有差异，水位可以有 0.5 米至 2 米的误差）。第 1 阶段（低幅加载 Ⅰ与低幅卸载 Ⅰ）： 2004 年 09 月至 2005 年 08 月， 752 米上升至 775 米，升幅 23 米； 775 米下降至 760 米，降幅 15 米；第 2 阶段（高幅加载 Ⅰ ）： 2005 年 09 月至 2005 年 12 月， 760 米上升至 840 米，升幅 80 米；第 3 阶段（低幅卸载 Ⅱ ）： 2006 年 01 月至 2006 年 04 月， 840 米下降至 820 米，降幅 20 米第 4 阶段（高幅加载 Ⅱ ）： 2006 年 05 月至 2006 年 12 月， 820 米上升至 875 米，升幅 55 米；第 5 阶段（高幅卸载 Ⅰ）： 2007 年 01 月至 2007 年 08 月， 875 米下降至 817 米，降幅 58 米；第 6 阶段（高幅加载 Ⅲ ）： 2007 年 09 月至 2007 年 12 月， 817 米上升至 873 米，升幅 56 米；第 7 阶段（高幅卸载 Ⅱ ）： 2008 年 01 月至 2008 年 05 月， 873 米下降至 821 米，降幅 52 米。从 2004 年 9 月开始蓄水至 2006 年 10 月达到 875 米的最高水位，水位的升幅高达 123 米，而这仅仅用了两年零一个月的时间，其中，仅 2005 年 9 月至 12 月的高幅加载期，水位就上升了约 80 米，这在国内外的高坝大库中都是罕见的。如此快速地大幅度地提高水位，以及高幅加载与高幅卸载的反复交替，就象不断给地震断层进行强力按摩，会促使断裂加速复活。据雷兴林等（ 2008 ）的计算，当水位在 875 米至 817 米之间变化时，其卸载量或加载量高达约 7.4 亿立方米（即约 7.4 亿吨），而汶川地震正好发生在紫坪铺水库经历了三次高幅加载和两次高幅卸载之后。雷兴林等（ 2008 ）发表的紫坪铺水库水位变化曲线和库水加卸载阶段划分图周斌等（ 2010 ）发表的紫坪铺水库库水加卸载阶段划分图 “库仑应力”计算得出的结论专家们把作用于断层上面，使断层产生活动的力，统称为库仑应力。水库会在原来天然库仑应力的背景下，附加给断层一个库仑应力，它可能使断层更趋于破裂，也可能更趋于稳定。人们用 bar （巴）和 MPa （兆帕）来描述库仑应力的大小，一个 bar 也相当于一个标准大气压，约等于 0.1MPa 。有研究表明，在一定条件下库仑应力的增量变化只要达到 0.1bar （即 0.01MPa ）的量级，便足以对地震活动产生明显影响（ King et al. ， 1994 ）。研究紫坪铺水库与汶川地震关系的一个重要手段，就是利用数学模型，计算紫坪铺水库蓄水所产生的载荷、孔隙水压力对地震断层的影响，以及这种影响是否明显到足以诱发地震。根据中国地震局地质研究所的雷兴林等（ 2008 ）的计算，紫坪铺水库蓄水到高水位一年之后的 2006 年，在断层 3 ～ 4 公里的深度，库仑应力的变化已达到 1bar 以上（即十倍于足以明显影响地震活动的变化量级），而在 2007 年 12 月至 2008 年 5 月 12 日的水位下降期间，地下 10 公里附近库仑应力的变化已达到 0.5bar 以上（即数倍于足以明显影响地震活动的库仑应力变化量级），在 4 ～ 5 公里的深度，库仑应力的增量变化已经到几个 bar （即数十倍于足以明显影响地震活动的库仑应力变化量级），雷兴林等因此认为紫坪铺水库的蓄水活动对库区地震断层的库仑应力产生了明显影响。美国科罗拉多大学的葛社民等（ 2009 ）的计算结果是，紫坪铺水库的蓄水，在相当于汶川地震震源的深度位置，使断层的库仑应力产生了 -0.01 ～ 0.05 MPa 的变化。他们认为，这种程度的应力变化已足以在接近应力临界状态的断层上触发地震，因为在龙门山断裂带，每年的应力变化速率小于 0.005MPa ，因此紫坪铺水库可能使汶川地震提前了几十年或者几百年。印度国家地球物理研究会的加哈劳特等（ Gahalaut K ， et al. 2010 ）、中国科学院的张贝等（ 2010 ）都认为葛社民等使用的二维解析方法会使水库载荷的效应被夸大，因此他们使用了三维解析方法。加哈劳特等通过计算认为，紫坪铺水库的运行没有在汶川地震的震源处（深度 19 公里）以及周围地区引起库仑应力的增加，而是使应力减小了大约 1KPa （ 0.001MPa ），使较浅部位的弱震略有增加，但对汶川地震没有发生什么影响。张贝等的计算结果显示，在仅考虑水库载荷、不考虑水的孔隙压的情况下，水库加载（蓄水）使得震源附近的逆断层更稳定，但卸载（放水）的时候更危险。张贝等还计算了汶川地震前 5 个月水库放水在断层上产生的影响，水位从高程 875 米下降到 817 米时，断层上震源一侧库仑应力有明显增加。深度 5 公里以上的区域库仑应力增加量在 0.01MPa 以上，近地表 1 公里附近达到 0.08MPa 。随着深度的增加，库仑应力增量迅速减小，在美国地质调查局和中国地震台网中心给出的深度为 19 公里和 14 公里的震源处，库仑应力增量分别为 0.003MPa 和 0.005MPa 。张贝等认为，小于 0.01MPa 量级的库仑应力变化，能否触发地震，还缺乏足够的统计数据来加以分析。张贝等（ 2010 ）发表的汶川地震前 5 个月水库放水在断层面上产生的库仑应力增量变化图，上中部的白色部分为汶川地震震源一侧库仑应力明显增加的区域上述计算主要考虑的是水库蓄水和放水带来的载荷变化产生的库仑应力变化，没有考虑或没有充分考虑水渗透产生的孔隙压带来的库仑应力变化，而对地震断层来说，孔隙压被认为是比库水载荷更重要的影响因素。张贝等指出，水库蓄水后，水向地下从浅到深的逐渐渗透（特别沿渗透率高的破碎带）会造成孔隙压力的逐渐增加，水库的放水或蓄水，不会改变深部孔隙压力增加的总趋势，这可能使深部的逆掩断层（一个较平缓的断层，浅部众多断层向下汇聚于此）由稳定变为不稳定。水库蓄水以后，紫坪铺库区的地震活动显著增强库仑应力计算只是理论上的推导，水库蓄水对地震究竟有没有影响，还需要通过地震监测台网观测到的数据，对水库蓄水活动和地震是否相关进行实证分析。由于紫坪铺水库属于诱发地震机率很高的高坝大库，按照国务院的《地震监测管理条例》（ 2004 ），在蓄水前的 2004 年 8 月建成了专用的库区地震监测台网，它包括七个台站。这个专用台网最小可以监测到 -0.9 级的地震，它的主要优势在于能够较精确地观测到库区的微震和弱震，从而弥补了区域上的地震台网在这方面的不足，给水库诱发地震的研究提供了丰富的材料。尽管紫坪铺水库蓄水后到汶川地震之前，库区的发生的地震都没有超过 4 级，仅从震级来看与历史相比并没有大的变化。但许多专家研究后都发现，水库蓄水后库区的地震活动的确显著增强，而且地震活动都与水库的水位变化有很好的相关性。陈厚群等曾认为， “水库蓄水后并没有大量微震的出现”、“紫坪铺水库没有发生水库地震”，但许多研究表明，水库蓄水后不仅出现了大量微震，而且这些微震很多都是水库诱发地震。雷兴林等（ 2008 ）的各种地震统计参数的变化点与水库水位的变化点具有良好的对应关系，反映出紫坪铺水库的蓄水和放水（即加压和卸载）对该区地震活动产生了明显影响。其中日地震频度（每日地震发生的次数）在几个大的水位变化阶段都出现了跃升； b 值是反映震级与地震频度关系的重要参数，地震活动强度愈大，则 b 值愈小。在 2005 年 12 月紫坪铺水库水位到达 840 米以后，库区地震活动最明显的特征是ｂ值的总体下降趋势，表明地震活动趋强；在地震能量释放方面，据马文涛等（ 2011 ）的计算，蓄水前地震应变能比较接近线性释放，月频次 25 次，每年蠕变能释放量在 1.2 × 10 8 J 1/2 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 月又有 2 次阶梯状跃升，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 × 10 8 J 1/2 ，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。在地震的空间分布上，雷兴林（ 2008 ）、胡先明（ 2009 ）、张致伟（ 2009 ）、卢显（ 2010 ）、程万正（ 2010 ）、周斌（ 2010 ）、李海鸥（ 2010 ）、马文涛（ 2011 ）等，都指出紫坪铺水库蓄水以后，在水库附近出现了三个小震密集区及其地震群，它们分别是：水库西南区的水磨震群；水库东北区的深溪沟震群；水库东南区的都江堰震群。其中水磨震群、深溪沟震群位于水磨—庙子坪断裂带上，且处在水库的东北和西南两端；都江堰震群位于灌县—江油断裂带附近。卢显等（ 2010 ）发表的紫坪铺水库蓄水后、汶川地震前的库区三个小震密集区分布图红色线框内的密集红圈是水库西南区的水磨震群；棕色线框内的密集红圈是深溪沟震群；绿色线框内密集红圈是都江堰震群；红五星是汶川地震震中；蓝色三角是库区地震监测台站卢显（ 2010 ）、程万正（ 2010 ）、周斌（ 2010 ）、李海鸥（ 2010 ）等，都按蓄水前后以及蓄水后的不同阶段，对三个小震密集区的地震活动变化进行了分析。水库西南区在蓄水前地震很少，在蓄水后地震明显增强，而且在 2004 年至 2008 年的每一次蓄水、放水阶段都表现出持续的活跃，不同的研究者都认为，水库西南区的水磨震群显然属于水库诱发的地震活动；水库东北区在蓄水前有小震分布，但比较分散，蓄水后小震向东北方向迁移，而且更加集中，地震频次的高峰主要出现在 2004 年至 2006 年的库水加卸载期，被认为明显受到水库蓄水活动影响。 2007 年至 2008 年 5 月汶川地震前，东北区的地震活动反而有所减弱；水库东南区在蓄水前几乎没有地震分布，蓄水后的 2004 年至 2007 年，地震活动也十分微弱，伴随库水加卸载略有起伏，但在临近汶川地震的 2008 年 2 月，在库水卸载阶段，却突然出现了地震活动的跃升，创下了月频次高达 150 余次的库区地震活动纪录，其中仅在 2008 年 2 月 14 日 21 时 35 分至 2 月 15 日 0 时 54 分，就有 2.9 级、 3.7 级、 2.5 级、 3.3 级、 2.5 级等五次震级较高的有感地震。研究者认为，三个小震密集区的不同情况，反映出受蓄水活动影响，既有快速反应也有滞后反应的诱发地震。这三个小震密集区中，水库西南区的水磨震群最引人注目，不仅因为水库蓄水后这里的小震活动持续时间最长、强度最大，还因为汶川 8 级地震的震中也出现在这里。另外耐人寻味的是，在水库西南区和东北区之间的主要蓄水区，蓄水前后地震都很少，几乎呈现地震空白区。这似乎显示了水库蓄水后对直接位于库底的逆冲断层的稳定作用，而且小震密集区沿断裂带出现在水库主要蓄水区的两端，似乎也说明了沿水磨—庙子坪断裂带走向，蓄水后出现了极不均衡的应力变化，这和前述的库仑应力计算结果有相似之处，而且孔隙水压力的扩散也可能主要沿断裂带的走向进行。卢显等（ 2010 ）发表的紫坪铺库区蓄水前后地震活动对比图 A-B 剖面垂直水磨 — 庙子坪断裂带，穿过水库西南区； C—D 剖面平行水磨 — 庙子坪断裂带，穿过水库西南区和东北区； G—H 剖面垂直灌县一江油断裂，穿过水库东南区水库诱发的小震群是不是汶川地震的前震由于紫坪铺水库西南区的水磨震群是诸多研究者公认的水库诱发地震，而汶川 8 级地震的震中又恰恰位于水磨震群中，因此，汶川地震与水磨震群的关系，成为了紫坪铺水库是否诱发了汶川地震的关键纽带首先，汶川 8 级地震与水磨震群有密不可分的空间关系，不仅震中位于水磨震群中，而且按 6~9 公里的震源深度，汶川地震的震源也恰好位于水磨震群的优势震源深度范围内。即使按中国地震台网中心和美国地质调查局的 14 公里和 19 公里的震源深度来看，汶川地震地震的震源深度也位于水磨震群震源深度范围的下部。震源机制是根据地震波反演计算出来的地震断裂面的几何形态、运动方式，以及地震活动呈现出来的应力方位。汶川地震与水磨震群的震源机制是否相同，也是判断它们之间是否相关的重要标志。胡先明等（ 2009 ）的计算结果表明，水磨震群与汶川地震的震源机制一致，表现为同一空间形态、运动方式和应力方位的逆冲断层型的特征。马文涛等（ 2011 ）还发现，在 2008 年 4 月 5 日 04:01:16.54 的水磨震群中有 1 个 M L 1. 3 地震，这个地震在各台站的初动到时差与汶川 8 级地震惊人地相同，换句话说，这个地震的震源位置和汶川地震的震源位置几乎完全相同，该小震震源深度在 7.8 公里左右，也与重新定位后的汶川地震 6~9 公里的震源深度一致，这意味着，在汶川地震的初始破裂位置上，当时已经开始出现破裂，因此，水磨震群的这些小震理应属于汶川地震的前震。紫坪铺库区地震活动其它特征的研究提供的证据小震地震矩、震级与震源谱拐角频率的关系研究人们在对地震波谱特征的研究中，发现拐角频率与地震大小通常呈负相关关系，即地震震级越大，地震矩越大，拐角频率越小。四川省地震局的张永久等（ 2009 ），通过对紫坪铺库区 2004 年 8 月 16 日至 2008 年 5 月 11 日发生的 287 次 1.6 级以上地震的分析，却发现拐角频率的大小与地震大小之间没有明确的相关关系。根据姚立殉等（ 2004 ）、钱晓东等（ 2005 ）的相关研究结果，以及地震波拐角频率变化与紫坪铺水库水位变化的相关性，张永久等认为，该现象的出现与水库蓄放水导致的压力变化和库区岩体裂隙充水程度的变化有关。地震波速比的研究地震波分为纵波（ P 波）和横波（ S 波）两种基本类型。纵波速度 Vp 与横波速度 Vs 之比即为波速比，用 λ=Vp /Vs 表示。许多研究结果表明，在震级大于 3.5 级的地震发生前都可观测到波速和波速比下降 — 持续异常 — 回升 — 发震的异常现象。卢显（ 2010 ）研究了紫坪铺库区 2004 年 8 月 16 日至 2008 年 5 月 10 日 1569 个小震的波速比。发现整个区域在 2006 年 11 月左右波速比值开始下降，一直保持低值状态至 2007 年 3 月底开始回升，当年 5 月份恢复到平均值水平， 2008 年 2 月份（都江堰小震群发生时）整个区域的波速比值急速上升，符合大震前波速比下降 — 持续异常 — 回升 — 发震的规律。卢显还对紫坪铺库区的波速比作了分区研究，发现受蓄水影响最为明显的水库西南区（水磨震群），从 2005 年 9 月 30 日水库蓄水开始， Vp 和 Vs 变化曲线皆与水库水位变化保持几乎相同的变化趋势，但从 2007 年起， Vp 和 Vs 一直保持低值状态，几乎不受水库水位变化的影响，直到 2008 年 2 月波速开始回升， 5 月初回升至平均值，直至发生汶川大地震，同样符合大地震前波速比的变化规律。由上述，紫坪铺库区小震群的波速比变化和库水位变化相关，证明了这些小震群具有水库诱发的性质；而这些小震群波速比的变化符合大震前波速比的异常特征，也可佐证这些小震群是汶川地震的前震。孔隙压力扩散的研究水库蓄水产生的流体孔隙压力扩散，是水库诱发地震的重要原因。近年来学术界（ Shapiro， 1999 、 2000 ； Audiganel， 2000 ； Talwani， 2000 ）提出可以通过地震的空间与时间特征，来研究流体孔隙压力扩散的作用，分析孔隙压力扩散的时间、扩散距离、孔隙压扩散系数等。中国地震局地壳应力研究所的许丽卿等（ 2009 ）研究了汶川地震的余震序列特征，他们假设汶川地震是由于紫坪埔水库蓄水而诱发产生的大地震，则根据流体孔隙压扩散机制，后续余震序列应该表现出孔隙压扩散特征。初步研究表明，余震序列没有表现出水库诱发地震常见的单一孔隙压力源触发地震的特征，但是地震产生 300 公里的破裂带，余震集中区发生在应力相对较低地区、强余震持续时间长等特征又比较符合流体孔隙压力扩散触发的一些规律，因此后续余震可能存在多个孔隙压力源扩散的问题。通过对相似破裂区余震活动的分析，许丽卿等发现一些区域的余震活动是符合孔隙压力扩散特征的，说明在余震活动过程中，深部流体的孔隙压力扩散起了不可忽视的作用，他们认为这是否与主震后紫坪埔水库下渗原因有关，还需要进一步研究。由于许丽卿等目前研究的是汶川地震的余震序列，所以，通过对汶川地震之前的大量小震来进一步研究流体孔隙压力的扩散，将会对讨论紫坪铺水库与汶川地震的关系提供更重要的证据。地震剪切波分裂的研究地壳的组成与结构很不均一，因此地震波在介质各异的地壳中传播时，由于传播速度的不同，剪切波会分裂成快、慢两个剪切波列，这两列剪切波的偏振方向近于垂直。其中快剪切波的偏振方向与当地最大主压应力方向一致；慢剪切波的时间延迟反映了地壳介质的各向异性程度，并且对裂隙的水压变化具有很好的反映。四川省地震局的张永久等（ 2010 ），利用紫坪铺库区台网记录的 2004 年 8 月至 2008 年 5 月 11 日 460 次 1.0 级以上的地震数据，对地震剪切波的分裂进行了研究。结果表明，紫坪铺库区的快剪切波的偏振方向在 2006 年 10 月之前比较分散，在近南北、东西、北东和北西方向都有明显分布。自 2006 年 11 月开始，快剪切波偏振方向出现了新的变化趋势，近南北向的逐渐消失，近东西向的自 2007 年下半年开始也逐渐减少，北东和北西两个方向逐渐突出，而这两个方向恰好分别是龙门山断裂的走向方向和区域主压应力的方向。因此，快剪切波偏振方向向北东和北西方向集中这一变化，可能与汶川大地震前区域应力的增加和龙门山断裂带微破裂增加有关。张永久等还指出，慢剪切波延迟时间较大的灵隐寺台和八角台正好位于离紫坪铺水库最近的库坝区和库尾区，而慢剪切波延迟时间最小的油榨坪台距离四川紫坪铺水库水域最远。这是因为灵隐寺台和八角台正好处于水库蓄放水引起的应力变化较大的区域两端，而油榨坪台所在位置的应力基本不受水位变化影响。从整个库区和八角台慢剪切波时间延迟的变化过程分析，慢剪切波时间延迟与四川紫坪铺水库水位的升降变化显示出相关性。每当水位大幅度上升到最大值后，慢剪切波延迟时间随之增加，水位下降后慢剪切波延迟时间随之缩短。这个关系也基本符合 Gao 和 Crampin 实验研究的剪切波分裂时间延迟变化与压力的关系。另外，整个库区和八角台的慢剪切波延迟时间数据比较离散，而高孔隙流体压力的剧烈变化会导致时间延迟数据的发散。地震剪切波分裂的研究，也表明紫坪铺库区蓄水后至汶川地震前的小震活动，与水库水位以及流体孔隙压力的变化密切相关。视应力与视应力标度率的研究视应力是一个动力学参数，它用来表征地震矩辐射能量的强弱，反映了地震能量辐射效率的高低。视应力与地震矩的关系称为视应力标度率，它能区别不同的震源物理过程。与水库蓄水关系密切的地震在震源物理上可能有别于天然的构造地震，这种差别可能反映在视应力标度率上。中国地震台网中心的杨志高等（ 2010 ），利用紫坪铺水库地震台网 2004 年 8 月至 2008 年 2 月记录到的地震波形数据，计算了 170 个 M L ≥ 1.0 级地震的地震矩、拐角频率和视应力，并且将研究范围分为核心库区和外围库区，分析了拐角频率和地震矩的关系以及视应力标度率。结果表明，紫坪铺水库的震源参数与其他大陆地区有明显不同：拐角频率远低于其他大陆地区，由于拐角频率是震源谱低频和高频衰减的分界点，当地震矩相同，拐角频率大意味着高频成分能量较大，拐角频率小意味着高频成分能量较小。而紫坪铺库区地震的拐角频率比通常结果小，表明在相同地震矩下库区地震波的高频衰减程度大；视应力比其他地区小 3 个数量级，也表明库区地震波的高频成分衰减强烈，使集中在高频部分的地震辐射能量被低估。杨志高等指出，地震波的高频衰减主要是因为水库蓄水后，增加的载荷影响了岩石的受力状态，另外随着水向地下深处的渗透，增加了地下岩石的孔隙压力和饱和度，影响了岩石的弹性等物理性质。从蓄水前后拐角频率、地震矩和视应力标度率的变化来看，核心库区的拐角频率和地震矩的关系发生较明显的变化，对于相同地震矩的地震，蓄水一段时间后拐角频率变大，地震震源谱的高频成分相对丰富，这意味着蓄水后，地震震源物理过程的改变直接导致了核心库区视应力标度率的改变；而在外围库区，蓄水对地震矩和拐角频率的影响不明显，视应力与地震矩没有明显的相关性，蓄水前后视应力标度率变化不大。这种现象可能的解释是：紫坪铺水库的蓄水活动成为了视应力、视应力标度率等的主要影响因素，并且随着时间推移这种影响越来越显著，对于范围远大于核心库区的外围库区来说，蓄水的影响对于视应力和地震矩的关系没有被明显体现。 Richardson 等（ 2002 ）在研究南非矿井深处微震事件震源参数时，发现这些事件可以分为天然地震和与人类活动有关地震两类。与人类活动相关地震有如下特点：发震时间紧密，空间有丛集性，震源谱上有相对丰富的高频信息。Richardson 等指出，与人类活动有关的地震在震源物理上主要是整块岩石的破裂。对于整块岩石的破裂，设想它们有两个主要的特点： ① 地震矩相对较小，因为小尺度岩石破裂相对容易； ② 高频成分相对丰富，因为整块岩石破裂后阻力迅速减小，发震过程相对迅速，使得高频成分相对丰富。杨志高等因此认为，在紫坪铺库区，水位的快速上升和水向深部渗流，在一定条件下可能非常显著地改变了岩石的物理性质的作用，使得整块的岩石更容易破裂，这和蓄水之前的震源物理过程有较大差别。蓄水前地震主要发生在已有断层上，或者说这时候的地震主要表现为克服断层摩擦力；蓄水之后，原来存在的薄弱岩层在载荷和流体的弱化作用下开始破裂，地震的主要成因是整块岩石的破裂。整块岩石的断裂使断面阻力迅速减小，产生更多地震能量辐射，表现为地震辐射效率的提高，同样大小地震矩的地震，蓄水后视应力相对增加，视应力也随地震矩的增加而增加。杨志高等的研究进一步证明，汶川地震前紫坪铺库区的小震群具有水库诱发地震的特征，同时还指出了可能存在一种新的震源物理模式，即水库诱发地震可能是在岩石中产生新的破裂，而不是在既有断裂面上减小摩擦力触发地震。汶川地震在大区域没有明显前兆是否正好反映了水库诱发地震的特征人们在发现汶川地震之前库区的小震活动出现明显异常的同时，对汶川地震没有出现大区域的明显前兆也感到困惑。中国地震局地震预测研究所的张国民等（ 2009 ）指出，在龙门山推覆断裂带的构造变形仅为每年 1 ～ 2mm 左右的低速率情况下，孕震过程中震源区的应力呈现为缓慢增长的特性。因此在 2001 年昆仑山口西 8.1 级大震后，在中长期地震趋势判定上一直把东昆仑的东段作为强震的重点危险区，而没有估计在龙门山断裂带上会发生强震或巨震。中国科学院地质与地球物理研究所的滕吉文等（ 2009 ）也指出，根据龙门山断裂系及其相邻地域的地质构造展布、 GPS 速度场测量、遥感影像解释、干涉雷达变形测量（ InSAR ）等资料的分析表明：龙门山断裂系在汶川地震前的近期构造活动和变形测量中均未发现有明显的变化量。四川省地震局的张致伟等（ 2009 ）、程万正等（ 2010 ）都指出，紫坪铺水库蓄水以后，库区出现了小震密集增加的现象，它们与水库蓄水、放水有关，但从更长时间的地震序列来看，水库蓄水以后至汶川地震前的地震活动频次和强度仍未超过其正常变化范围或幅度，在 2003 年初也曾出现高频次的小震活动。程万正等认为，这既可能属于区域长期地震活动的一种起伏，也可能是因为水库区小震活动异常的“链式续增”，引起断裂带上巨大能量的提前突然释放。既然是提前突然释放，因此汶川地震前孕震过程的阶段性特征以及中短期前兆性地震活动不明显，典型前兆异常稀少，也是一种可能的存在机制。 Bell 和 Nur （ 1978 ）在研究水库诱发地震时曾指出，库水浸入可能使断层的破裂强度降低 40 ％－ 60 ％。杨晓源（ 2009 ）认为，如果汶川地震是紫坪铺水库诱发，那么在自然状态下，龙门山断裂带距正常破裂强度极限尚有 40 ％－ 60 ％的差距，自然会有很多短期与临震的前兆现象不足，这可能正好说明汶川 8.0 级地震是因为水库提前诱发所致。在这种情况下，令人意想不到的汶川地震发震时间、震源位置、稀缺的临震前兆异常等，就会成为顺理成章的事情。汶川地震前其它的一些异常事件是否与水库蓄水有关虽然汶川地震前没有出现巨大地震前通常会出现的许多前兆异常，但在现有的地震前兆观测台站的观测项目中，仍然有异常出现。据四川省地震局的报告（ 2008 ），在四川地区 191 个地震前兆观测台站中，汶川地震前出现中期和短期临震异常的台站有 22 个，出现异常台站数的比例为 11.5 % ；在四川地区地震前兆观测的 348 个观测项中，汶川地震出现中期和短期临震异常的观测项有 26 项，出现异常的观测项数的比例为 7.5% 。虽然目前还不能断定，这些异常是水库的蓄水活动引起的应力变化所致，但值得注意的是， 26 项异常中，有 22 项异常是在紫坪铺水库蓄水达到高水位之后开始出现的，即是在 2005 年至 2007 年开始出现的。这既有可能是受天然应力变化的影响，但这种时间上的“巧合”，也有可能显示了水库的蓄水活动带来的断裂活动变化。上述出现异常的观测项包括：地壳形变—跨断层短水准形变测量；地壳形变—定点形变测量（地倾斜、洞体应变、重力应变、钻孔应变等）；地下流体观测（地下水位、水氡、水温、汞等）；地电地磁观测（视电阻率、自然电位差、极距地电场、地磁波谷分裂等）。四川省地震局报告的一些出现在龙门山断裂带及附近的重要异常有：位于蒲江县境内，跨蒲江－新津断层的形变测量，自 2006 年下半年以来，观测曲线波动下降，汶川 8.0 级地震时曲线下降 0.5 毫米，断层压性活动明显增强；康定县姑咱定点形变测量台的石英摆倾斜仪，自 2007 年 12 月 26 日出现东西方向的加速变化异常，持续到 2008 年 4 月 14 日结束；小金县地下水位观测站， 2006 年 1 至 2 月的水位明显低于 1997 年以来同期水位， 2007 年 6 月出现超限异常。 2007 年 11 月 9 ～ 15 日，水位持续上升，累计上升达 417mm ，达到 2006 年以来的最高值， 11 月 16 日水位转折下降，异常明显；蒲江县川－ 11 超深井水位， 2006 年 12 月至 2007 年 7 月，水位出现大幅度下降，达到 1997 年以来的最低值，相对 2006 年 7 月水位下降了 663mm ，中期异常显著；康定县姑咱海子水氡观测， 2007 年 10 月 19 日后趋势下降，至 10 月 27 日， 8 天时间累计降幅超过 10% ，达到短期异常标准；理县水氡观测： 2007 年 11 月 9 日后趋势下降，至 11 月 18 日累计下降已超过 18% 。之后持续在低值波动， 2008 年 1 月后，氡值缓慢回升， 4 月中旬左右基本恢复到下降前的水平；成都地电阻率观测台，视电阻率的北东测向自 2006 下半年开始趋势下降， 2007 年 4 月～ 10 月年变形态消失并持续趋势下降， 2007 年 11 月后至 2008 年 4 月，年变恢复正常，但视电阻率继续维持在低值状态；郫县地电阻率观测台，距龙门山前山断裂仅 20 余公里，地电阻率从 2005 年 7 月开始年变化幅度减小，自 2006 年 8 月北东道的地电阻率趋势性下降，年变形态消失， 2008 年 1 月 29 日转折，下降时间超过 1 年半。在整个异常时间段内一直呈持续性下降趋势。汶川地震前的 2008 年 4 月 26 日～ 5 月 6 日出现短期的大幅上升，而从 5 月 6 日开始至震前又反向出现了大幅的下降变化，呈现出相对明显的临震异常。中国地震局第一监测中心的郭良迁等（ 2009 ），根据跨龙门山断裂带的七盘沟、耿达、灌县、双河、蒲江等五个台站的短水准形变观测资料，计算断层垂直运动速率，提取形变异常信息，发现汶川地震前，月变率大于 3 倍和 4 倍速率均值的异常数量在 2006 年出现峰值，月变率大于 2 倍和 2.5 倍速率均值的异常数量在 2006 年和 2007 年都出现峰值。中国科学院测量与地球物理研究所的祝意青等（ 2009 ），分析了汶川地震前成都地区重力场的演化特征，发现 2004 年至 2005 年重力变化反向，主要表现为由自西向东趋势性增加发展为自西向东趋势性减小，以及映秀附近局部重力异常区的出现； 2005 年至 2006 年主要表现为北川附近局部重力异常的出现，反映了大震前的区域构造活动剧烈和局部应力集中。水库能够诱发震级高达 8 级的巨大地震吗历史上被确认的水库诱发地震的最大震级为 6 ～ 7 级，虽然从普通逻辑上，这并不能推论水库不能诱发 8 级地震，但水库能否诱发汶川地震这样的高达 8 级而且破裂带长约二三百公里远远超出库区范围的巨大地震，仍然让人们充满疑问。专家们公认，汶川地震是由时间上有先后、地域不同却又紧密相连的若干次破裂事件组成。据中国地震局地球物理研究所陈运泰的报告（ 2008 ），汶川地震破裂的时间过程可分为 4 个阶段，整个破裂沿龙门山断裂带由西南向东北扩展，破裂持续时间长达 90 秒，破裂过程很不规则： 0 ～ 16 秒为第一阶段，能量释放占 11% ； 16 ～ 40 秒为第二阶段，能量释放占 56% ； 40 ～ 58 秒为第三阶段，能量释放占 28% ； 58 ～ 90 秒为第四阶段，能量释放占 5% 。陈运泰（ 2008 ）公布的汶川地震破裂过程的阶段划分图中国地震局地震预测研究所的陈章立等（ 2009 ），将汶川地震的余震活动分为西南和东北两个区段，测定结果表明，两个区段的断裂错动、震源机制解、应力降以及最大主应力的方向等明显有别。根据这些特征和地震应力触发的研究，陈章立等推测东北段地震的发生可能是由西南段主破裂的发生所触发。根据汶川地震破裂过程与方式，四川省地震局的杨晓源（ 2009 ）、广东海洋大学的廖永岩（ 2009 ）都认为，紫坪铺水库诱发的仅仅是汶川地震破裂第一阶段的起动地震，汶川地震的后续破裂是在起动地震的带动下发生的，由于龙门山断裂带的能量积累接近强度极限，所以后续破裂更强烈、释放的能量也更大。廖永岩认为，紫坪铺水库诱发的是汶川地震初始破裂点不超过 7 级的地震。杨晓源还认为，龙门山断裂带上由紫坪铺水库诱发的一个中强地震引发了邻近地段的相继破裂，这一破裂进程印证了“一次大地震是由较小地震触发带动的，较小地震又是更小地震触发带动的”这一推论。四川省地震局的易桂喜等（ 2006 、 2011 ），通过研究汶川地震前龙门山—岷山断裂带的地震活动参数，发现在紫坪铺水库蓄水前，龙门山断裂带高应力区分布在绵竹 — 茂县一线的东北侧，即龙门山断裂带的北段属于未来最可能发生强震的地段，而包括紫坪铺库区在内的汶川段，处于中偏低的应力状态，尚不具备发生强震的背景。紫坪铺水库蓄水后，小震群的活动与 b 值的降低显示了紫坪铺库区附近应力水平的显著升高， 8.0 级巨大地震没有启动于原本应力水平较高的龙门山断裂带北段，而是发生在紫坪铺水库附近，有可能是受到水库蓄水的影响；而汶川地震的破裂过程，之所以表现出由初始破裂点向北东方向扩展的单侧破裂现象，并且破裂延伸达 200 公里以上，似乎又与原先龙门山断裂带北段比较接近破裂临界状态有关。一幅正在完成的拼图及其巨大的挑战专家们对于紫坪铺水库与汶川地震关系的研究还在继续，但不断公布的成果就好象一幅正在完成的拼图，使紫坪铺水库与汶川地震之间的关系变得越来越清晰。马文涛等（ 2011 ）描绘了这样一幅图像：紫坪铺水库蓄水之后，在一定的水压和水渗透作用下，先后发生了水磨震群和深溪沟震群，地震震源深度大都在 3 ～ 8 km 之间，在两年半的时间内多释放了 200% 的能量，并且在汶川地震前呈现出加速释放的现象，引发水磨 — 庙子坪断裂局部右旋的小错动，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 2008 年 2 月都江堰震群发生后，相当于将顶在龙门山中央断裂带南段水磨 — 庙子坪断裂下的 “ 塞子 ” 去掉，引发了水磨 — 庙子坪断裂的整体逆冲错动，带动破裂沿龙门山中央断裂带逐步扩展，在区域构造应力场的作用下，汶川 8 级地震的破裂由西南向东北逐渐由以逆冲断层为主转变成以走向滑动断层为主。紫坪铺水库与汶川地震，这一前所未有的案例，也给水库诱发地震的研究领域，提出了许多具有巨大挑战的科学命题。水利工程专家王维洛曾经指出（ 2008 ），科学家面临的一个全新情况是，紫坪铺水库建造在具有强烈地震活动背景的断裂带上，在这种情况下，水库诱发的构造性地震是否还属于传统经验的水库诱发地震的范畴？人们通常认为水库诱发地震是地震断裂带的应力积累已接近临界点，水库蓄水活动仅仅起到触发作用，但紫坪铺水库处于应力积累水平比较低的地区，而且并未出现巨大地震应有的前兆，因此水库蓄水活动有可能对断层破裂的发展具有主动的推进作用，水库蓄水活动是否使休眠的断层重新复活或是在岩石中产生了新的破裂，而不是在应力积累达到临界状态的断裂上触发地震？上文已提到 Richardson 等（ 2002 ）、杨志高等（ 2010 ）曾提出的一种新的震源物理模式，即水库诱发地震有可能是在岩石中产生新的破裂，而不是在既有断裂面上因减小摩擦力而触发地震。这对于紫坪铺水库这一典型案例的研究，具有重要的启示意义。马文涛等也指出，在已往的大多数水库诱发地震案例中，往往存在着不小的前震或越来越多的微震。而汶川 8 级地震的前震最大只有 3.6 级，即使对一次 8 级天然地震来说前震震级都偏低，因此这有可能是一种断层的重新活动，所以其前震数量比较少，这可以从有关的岩石力学实验中得到验证（马瑾，1987）。水库蓄水会使断层的临界状态加速到来或提前到什么程度？水库诱发的断层破裂是否具有不断加速的链式反应？马文涛等分析研究了 1977 年 1 月至 2010 年 6 月川滇及邻近地区大于 M S 4.5 的 124 次中强地震，发现汶川地震的发生，并没有改变地震前原来的构造应力场，而汶川地震破裂过程中由逆冲断层型为主转变成走向滑动型为主时，因为断层面倾角为 60 ° ，与构造应力场的最大应力的夹角 56 ° ，其摩擦系数等于 0.75 ，所以非常不利于产生滑动。因此，马文涛等断定区域构造应力场不是汶川 8 级地震的初始发震力。由于水磨震群与汶川 8 级地震初始破裂的逆冲断层特征一致，而且龙门山中央断裂带南段的两条分支断裂 — 映秀断裂、水磨 — 庙子坪断裂形成向西北凸出的形状，因此马文涛等认为，这种凸凹体形成的局部应力场才是汶川 8 级地震的初始发震力。马文涛等的这种看法，也对汶川地震是由大区域天然构造应力场的作用而引发的传统认识，提出了挑战。巨大地震的初始发震力是否有可能来源于人类活动影响的局部应力场，而不是传统认为的区域构造应力场？参考文献范晓 . 2008. 汶川大地震地下的奥秘，中国国家地理，（ 6 ）： 36-51. 张信宝 . 2008. 有关汶川地震及次生山地灾害研究的一些科学问题，山地学报， 26 （ 4 ）： 402-403. 郭永刚，常廷改，苏克忠 . 2008. 汶川 8.0 级特大地震与紫坪铺水库蓄水关系的讨论，震灾防御技术， 3 （ 3 ）： 259-265. 陈厚群，徐泽平，李敏 . 2008. 汶川大地震和大坝抗震安全，水利学报， 39 （ 10 ）： 1158-1167. 雷兴林，马胜利，闻学泽，等 . 2008. 地表水体对断层应力与地震时空分布影响的综合分析 — 以紫坪铺水库为例，地震地质， 30 （ 4 ）： 1046-1064. 尹祥础，张浪平，张永先，等 . 2009. 汶川 8 级地震前加卸载响应比的大尺度异常，地震， 29 （ 1 ）： 53-59. 张国民，邵志刚，刘桂平，等 . 2009. 汶川 8.0 级地震构造动力成因分析，地震， 29 （ 1 ）： 164-173. 陈章立，赵翠萍，王勤彩，等 . 2009. 汶川 8 级地震发生过程与背景研究，地球物理学报， 52 （ 2 ）： 455-463. 王俊，阮祥，郑江蓉，等 . 2009. 汶川地震序列 b 值的分析研究，地震地磁观测与研究， 30 （ 2 ）： 15-21. 范晓 . 2009. 紫坪铺水库的蓄水活动与汶川 8.0 级地震的相关性研究及启示，见：成都平原与龙门山 — 环境、可持续发展与灾后重建 . 北京：中国林业出版社许丽卿，刘耀炜，杨多兴 . 2009. 汶川 8 级地震流体扩散特征与水库诱发因素的讨论，国际地震动态，（ 4 ）滕吉文，刘财，韩立国，等 . 2009. 汶川 — 映秀 M S 8.0 级地震介质破裂与深部物质运移的动力机制，吉林大学学报（地球科学版）， 39 （ 4 ）： 559-583. 郭良迁，塔拉，孙东颖，等 . 2009. 汶川 8.0 级地震前龙门山断裂带的垂直变化特征，华南地震， 29 （ 3 ）： 1-8. 程万正，张永久 . 2009. 论汶川 8.0 级地震前的地震活动及趋势估计问题，四川地震，（ 3 ）： 1-7. 祝意青，徐云马，吕弋培，等 . 2009. 龙门山断裂带重力变化与汶川 8.0 级地震关系研究，地球物理学报， 52 （ 10 ）： 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紫坪铺水库是“四川大地震的人为诱因”？Science采访了个大忽悠

热度 2 Amsel 2011-8-13 12:29

【原作于2009年1月29日。登在《新语丝》新到资料后曾蒙陈颙院士《中国科学D辑》2009年第39卷第3期“特约评论”栏目《汶川地震是由水库蓄水引起的吗？》一文引用。因为《科学》杂志的Richard Stone又来关心中国大坝，特翻出此文以展示其反坝水平。】《科学》（Science）杂志2009年1月16日一期的“本周新闻”发表了一篇报导，题目是“四川大地震的人为诱因”（注1）。文中介绍了“紫坪铺水库可能诱发了四川地震”的说法。此文读完让人不禁哑然失笑：这样的顶级学术杂志，为了吸引眼球，在报导科学问题的时候，也像很多大众传媒那样，在两种观点之间找平衡，把本来可以得到明确结论的问题，搅成一团稀泥。先附带说一下，这个稿件不是学术文章，而是新闻报导，最大的区别是没有经过专业人员的同行评议。国人对《科学》杂志的这种体裁应该不会陌生，2007年底这个杂志曾经用充满揶揄的口气简短地报导过“周老虎”发现的消息（注2）。这篇报导有关“紫坪铺水库诱发四川地震”的观点，来自两位人士，一位是地质中专毕业但是地质水平却一塌糊涂的、著名的反坝人士范晓，他照旧是重弹水库蓄水渗入地层的老调。范晓的论点已经有专家专门驳斥（注3），不需要另费笔墨。这里需要解剖的是更为扎眼的主角——克劳泽（Christian Klose），一位2003年瑞士联邦工学院毕业、之后在美国哥伦比亚大学有（过）一段工作经历的博士。《科学》杂志引述的他的观点，是来自他在2008年10月“美国地球物理学联合会秋季会议”（Fall Meeting of the American Geophysical Union）上的报告。 Klose这个报告的详细摘要在网上能够查到（注4）。其要点就是，汶川地震符合他的三项特征，属于“地表负荷的改变”所诱发的地震：（1）地壳加载变化导致的弹性静力学响应；（2）主断裂的破裂分布规律；（3）余震分布。此外，他还计算了水库蓄水造成的20公里深处地下断层应力的变化（蓄水导致剪应力和正应力出现几千帕斯卡、也就是百分之几大气压的变化）。分析一下Klose的这个摘要和他的学术背景，可以看到，Klose的研究水平实在让人无法恭维，甚至可以说，他是和范晓不相上下的“大忽悠”，《科学》杂志靠采访这种“大忽悠”来吸引眼球，令人侧目。下面一一说明。首先，Klose不具备研究“紫坪铺水库和汶川地震”关系的素质。他的会议摘要开篇提到，龙门山地区的变形速率是每年1毫米左右、第四纪以来这一地区没有大的地震活动。这意味着，这位地学博士不但欠缺当地的区域地质背景知识（龙门山是在第四纪以来一直处于青藏高原和扬子地块的挤压边界，造山运动不断，所以必然地震不断），甚至缺乏地震带的一般常识（一个发生了8级地震的地方怎么可能在第四纪的几百万年以来无地震）。即使最近短暂的几百年，龙门山断裂带中段也发生过多次6级地震（注5）；另外据嵇少丞介绍，无论是根据位移量的计算，还是现场地质证据，都表明龙门山距今三千多年前曾经发生过一次比汶川地震还大的巨震（注6）。上面这个错误似乎不可思议，更离谱的是，这并不是他第一次犯这种低级错误。他的“研究方向”之一——“人类活动与地震关系”，包括两个案例，除了这次汶川地震，另一次就是澳大利亚东南部1985年的一次5级地震，他认为这个地震是当地200年间采煤的造成的，结果发表的文章受到澳大利亚研究人员的质疑（注7）。在那篇文章中，Klose提到当地“一万年以来无地震”，作为他进行数学模拟的依据。而实际上，这个地区在欧洲殖民者到来之后就记录了多次5级地震。以Klose这种既缺乏地质常识、又漠视文献资料的素质，能够先后进入欧美两大名校，并且在权威地学刊物上发出文章，真算一个奇迹。其次， Klose用自己计算的地下断层应力变化来说明这种诱发作用：即使人们不去怀疑他的模型和软件是否正确，也无法相信他能够取得足够的资料来进行这种数学模拟。一个准确的模拟需要当地断层几何形状、各种岩石的厚度和物理性质、地下流体的成分、温度和压力的大量数据，而这些数据需要大量的地下钻井资料，即使是当地的地质研究者也无法全面取得。脱离这些实际数据，他去模拟出只有百分之几大气压的微小应力变化，这和顺口胡诌没什么区别。第三，Klose的三项对应指标并没有得到公认（公认的水库蓄水诱发地震的指标是小震活动，这在《科学》杂志的报导中也曾提到；而从小震活动来看，紫坪铺水库蓄水显然不是汶川地震的诱因，见注3），所以如这篇报导所说，Klose远远没有能够说服会场上的研究人员接受他的观点。此外，这次汶川地震的破裂带长达200公里，不可能用他的后两项指标来套用这次地震的破裂分布和余震分布。最后，跟范晓一样，这位Klose博士没有值得人重视的学术背景。除了毕业时间晚、发表文章的记录欠佳之外，他虽然宣称是哥伦比亚大学的工作人员，但是哥伦比亚大学的网页上现在却搜索不到这个人；点击他留在哥伦比亚大学残存的网页，就会自动跳转到他自己的网页http://www.cdklose.com/。这个网页罗列了他接受采访和参加会议的记录，但是看不到他是否有个研究组，以及从何处得到资助。在他的“研究项目”中，第一条赫然列出中国汶川地震可能受到“地表负载的重量变化”的诱发，我们只能希望国内不要有什么单位上了他的钩。《科学》杂志的这篇报导，为了营造一个热点话题而采访了这样一个缺乏必要的学术背景的人物，确实大失水准。这篇文章能够对中国读者说明什么问题？大概不是紫坪铺水库是否诱发了大地震，而是提醒人们，《科学》杂志也有哗众取宠的时候，而瑞士联邦工学院和美国哥伦比亚大学这样的名校也会制造出水货。不过我们可以相信，以Klose的科研素质，很难在科学共同体中继续混下去，虽然他有这两大名校的牌子。【补注：据“科学网”王鸿飞考证，Klose现在为哥伦比亚大学生物工程系博士后，见http://www.sciencenet.cn/m/user_content.aspx?id=216791】注：（1）Richard A. Kerr and Richard Stone: A Human Trigger for the Great Quake of Sichuan? Science, 2009, Vol. 323. no. 5912, p. 322. 中文译文见译言网“四川大地震的人为诱因？”，http://www.yeeyan.com/articles/view/57076/25258 （2）Science 2007, Vol. 318, p. 893. （3）李敏、汪雍熙，“紫坪铺水库与5.12汶川大地震有关系吗？”，http://www.xys.org/xys/ebooks/others/science/misc/wenchuan502.txt （4）Klose的会议论文摘要：http://www.agu.org/cgi-bin/SFgate/SFgate?listenv=tablemultiple=1range=1directget=1application=fm08database=%2Fdata%2Fepubs%2Fwais%2Findexes%2Ffm08%2Ffm08maxhits=200=%22U21C-08%22 （5）嵇少丞等，亚洲大陆逃逸构造与现今中国地震活动，地质学报，2008年第82卷1643～1667页。（6）嵇少丞：为什么古蜀国会周期性“迁都”？（嵇少丞科学网博客）（7）C.D. Quinn et al., Discussion of “Geomechanical modeling of the nucleation process of Australia’s 1989 M5.6 Newcastle earthquake” by C.D. Klose, Earth and Planetary Science Letters, 2008, vol. 269, pp.296-302.

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葛社民等：紫坪铺水库触发了2008年汶川地震吗？

dongping2009 2009-10-31 18:59

原文请见《Geophysical Research Letter》，其网络链接为： http://www.agu.org/pubs/crossref/2009/2009GL040349.shtml 。（摘要参考译文）由于印度亚洲大陆之间的碰撞，青藏高原在龙门山断层带的推覆导致了2008年5月的灾难性汶川地震。这也引起了对于2005年开始蓄水、位于汶川地震震中附近的紫坪铺水库所起作用的许多推测。本研究估算了由于紫坪铺水库蓄水引起的应力变化，评估了其对汶川地震的影响。结果显示：蓄水可以导致汶川地震震源区的库伦应力产生从-0.01到0.05MPa的变化。如此量级的应力变化，对于触发产生处于临界应力断层的地震，看起来起着重要的作用。因为在龙门山断层的加载速率小于每年0.005 MPa。我们因此认为，紫坪铺水库潜在地加速了汶川地震的发生，其加速程度数以十年到数以百年尺度计。（魏东平译，请以英文原文为准）对比阅读： http://www.sciencenet.cn/m/Print.aspx?id=223514 ，汶川地震是由水库蓄水引起的吗？作者：陈颙

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紫坪铺水库可能诱发汶川地震的证据

rock6783 2009-5-12 08:17

廖永岩广东海洋大学，电子信箱： rock6783@126.com 紫坪铺水库，为库容 11.12 10 8 m 3 （即 11.12 亿立方米），坝高 156 m 的大型水库， 2005 年 9 月 30 日水库下闸蓄水（邵元林等， 2008 ）。紫坪铺水库校核洪水位 883.1 m ，设计洪水位 871.2 m ，正常蓄水位 877.0 m ，汛限水位 850. 0 m ，死水位 817.0 m （邵元林等， 2008 ）；正常蓄水位库容 9.98 亿 m 3 （李卫起和严益， 2008 ），调节库容 7.74 亿 m 3 （雷兴林等， 2008 ）。因为紫坪铺水库跨越 2008 年 5 月 12 日的 M S 8.0 汶川大地震发震的主要断层：映秀 - 北川断层的破碎带（徐锡伟等， 2008 ），且汶川地震的宏观震中离库区最近距离不足 5km （微观震中离库区最近距离也只有约 6km ）（雷兴林等， 2008 ），所以，是否紫坪铺水库诱发了汶川 M S 8.0 大地震，自然成为学术界剧烈争论的话题（ Kerr and Stone, 2009 ；陈颙 , 2009 ）。紫坪铺水库到底有没有诱发汶川大地震？紫坪铺水库能诱发如下之大的 M S 8.0 大地震吗？为此，我们利用目前的地质和地球物理学资料约束，就紫坪铺水库是否与汶川大地震有关联、紫坪铺水库是否诱发了汶川 M S 8.0 大地震进行研究，拟弄清紫坪铺水库是否真正诱发了汶川大地震，并对大型水利工程建设和管理，及减少相关自然灾害提供技术资料。 1 水库蓄水对库区及附近发震频度的影响我们对紫坪铺水库桂花树台、八角台记录的 2004 年 8 月 16 日至 2007 年 2 月 28 ，西南部 ( 30.6 -31.4 N ， 103.1 -103.9 E) 和东北部 (31.1 -31.4 N ， 103.6 -103.9 E) 蓄水前后的发震（ 0.5 以上级地震）频度（胡先明等， 2008 ）进行比较结果见表 1 。表 1 　紫坪铺水库库区及附近蓄水前后地震发生频度比较（胡先明等， 2008 ）。比较项目东北部地震西南部地震数 ( 次 ) 月平均地震数 ( 次 / 月 ) 地震数 ( 次 ) 月平均地震数 ( 次 / 月 ) 总数 247 8.23 131 4.37 蓄水前 86 6.62 39 3.00 蓄水后 161 9.47 92 5.41 从表 1 可见，不管库区东北部或西南部，蓄水后月发震频度均高于蓄水前，东北部月发震频度（月发震次数）增加 43.1% ，西南部发震频度增加 80.3% 。因为蓄水后库区及附近发震频度均增加 43.1% 以上，这说明，紫坪铺水库蓄水的确使库区及附近地震活动性 ( 月发震次数 ) 明显增加。而且，还说明，蓄水对紫坪铺水库西南部（汶川大地震震中所在地）（雷兴林等， 2008 ）影响更为明显，蓄水后月发震频度增加达 80.3% 。 2 加载和卸载对库区及附近发震频度的影响用紫坪铺水库地震台网 2004 年 8 月 16 日至 2008 年 5 月 11 日的最大搜索半径 30km 、震级 0.5 以上的地震的日发震频率和紫坪铺水库的蓄、放水情况作图，结果见图 1 （雷兴林等， 2008 ）。从图 1 可见，主要蓄水过程 ( Ⅲ , Ⅵ , Ⅷ ) 表现为地震频度随荷载的增加而增加。第 1 次主要放水过程 ( Ⅶ ) 表现为地震频度随荷载的减少而减少。这说明，紫坪铺水库及其附近（ 30km 范围内），地震的发震频度，与水库荷载变化密切相关。但是，第 2 次主要放水过程 ( Ⅸ ) ，即 2007 年 12 月中旬以后到汶川大震发生前（ 2008 年 5 月 11 日），地震频度反倒随着荷载的减少而迅速增加（后又急剧下降）。这是为什么呢？图 1 紫坪铺水库蓄、放水对库区及周围发震频度的影响（ n: 日地震频度，次 / 天）（雷兴林等， 2008 ）。我们将紫坪铺水库地震台网 2005 - 09 01 至 2 006 - 10 - 31 的最大搜索半径 30km 、震级 0.5 以上的水库加载期 ( 从 750m 到 875m ，加载约 916 亿 m 3 ) 地震震源分布绘制于图 2 （雷兴林等， 2008 ）。将　 2006 - 11 01 至 2 007 - 05 - 15 期间发生的最大搜索半径 30km 、震级 0.5 以上的水库放水期 ( 水位从约 875m 下降到约 817m ，总卸载量：约 714 亿 m 3 ) 地震震源分布绘制于图 3 （雷兴林等， 2008 ）。图2 水库水位上升期库区附近震源分布（图中红、蓝色部分示紫坪铺水库区）（雷兴林等， 2008 ）。图3 水库水位下降期库区附近震源分布（图中红、蓝色部分示紫坪铺水库区）（雷兴林等， 2008 ）。从图 1 可见， 2005 - 09 01 至 2006 - 10 31 期间（ Ⅲ、Ⅳ、Ⅵ期），随着水库加载，地震的频度总体上是逐渐增加。从图 2 可见，虽然这期间发震频度增加，但水库西北部和东南部地震相当少，地震主要集中于东北部（特别是东北部离库区较远区域，即虹口乡至龙门山镇区域，是后来汶川地震破裂最严重的极震区）和西南部（震中所在地），且东北部发震密度明显大于西南部。从图 1 可见， 2006 - 11 01 至 2 007 - 05 - 15 期间（ Ⅶ期），随着水库放水，地震频度逐渐下降。但从图 3 可见，水库西北部和东南部地震频度仍相当低（但有减少）。东北部发震频度急剧降低，而西南部发震频度不仅没减少，反而稍有增加（特别是近库区部位）。这似乎说明，随着水库蓄水加载，地震频度的增加，主要是由紫坪铺水库东北部（特别是东北离库区较远部的虹口乡至龙门山镇区域）的地震频度增加所致；水库放水卸载期，水库西北部、东北部和东南部的地震频度均在减少，以东北部（特别是离库较远处）减少尤为明显，但西南部反倒在增加，即随着水库放水卸载，虽然水库西北、东南、东北部地震频度均减少，但发震总频度的减少，主要是由于东北部地震频度急剧减少所致，但随着卸载，西南部发震频度反倒增加。将发生于中央断层（映秀 - 北川断层）上 2007 - 12 01 至 2008 - 05 11 急剧放水卸载期 ( 水位从约 870m 下降至 817m ，水位下降 53 m ，总卸载量：约 6.5 亿 m 3 ) 的震源作图，结果见图 4 （雷兴林等， 2008 ）。图 4 在 2007 - 12 01 至 2008 - 05 11 卸载期发生于中央断层上的震源分布图（雷兴林等， 2008 ）。从图 1 可知， 2007 - 12 01 至 2008 - 05 11 卸载期，发震频度急剧增加。而从图 4 可见，水库东北部的中央断层地震数量并不多（特别是离库区较近区域），地震数量的增加，主要是由于南西方向（汶川 M S 8.0 大地震震中所在地）（雷兴林等， 2008 ）地震急剧增加所致。这进一步说明，水库放水的卸载，导致西南部地震频度急剧增加。那么，为什么紫坪铺水库蓄水加载时，东北部发震频度增加，而水库放水卸载时，西南部发震频度增加呢？ 3 库区及附近发震频度随蓄水和放水变化的机制统计发现： 10m 坝高 90m 的 11000 座大坝，发生水库地震的概率为 0.63% ； 90m 坝高 140m 的大坝，发生水库地震的概率为 10% ；坝高 140m 的大坝，发生水库地震的概率为 21% ( 易立新等 , 2003) ；而我国是世界上山最多、最高的国家，也是因重力异常而造成均衡调整运动最为频繁的国家，坝高 100 m 以上的高坝大库 , 发震概率远大于世界平均水平，约为 32% ，这说明，水库地震的发生，明显与坝高正相关；坝越高，发生水库地震的可能性越大。矿山诱发地震（矿山地震），也与矿井深度正相关 ( 肖和平 , 1998; 陈德贻等 , 1996) ，矿井越深，发生矿山地震的可能性越大。库容小于 0. 1 10 8 m 3 的小型水库，其发震概率小于 0.01% 。 0.1-1.0 10 8 m 3 的中型水库，发震概率小于 0.1% ， 1.0-10 10 8 m 3 的大中型水库，发震概率大于 1% ，大于 10 10 8 m 3 的大型水库，发震概率大于 12% （王儒述， 2007 ）。这说明，水库地震的发生，明显与库容正相关，库容越大，发生水库地震的可能性越大。矿山诱发地震（矿山地震），也与矿产开采量正相关 ( 肖和平 , 1998; 陈德贻等 , 1996) ，矿产开采量越大，发生矿山地震的可能性越大。坝高与水库加载正相关（这里也可能与渗水压力增加正相关），矿井深度与开矿卸载正相关（与渗水压力增加关联不大）；库容与水库加载正相关（与渗水压力增加关联不大），矿产开采量与卸载正相关（与渗水压力增加关联不大）。这说明，水库坝高和库容增加导致水库地震发震频度增加，及矿井深度和矿产开采量增加导致矿山地震发震频度增加，与荷载关系密切，而与渗水弱化断层关联性并不强。由此可见，虽然人类目前仍没有准确弄清水库地震到底是怎么诱发的，而且目前仍有很多人认为，渗水对断层的弱化等其它作用很可能是造成水库诱发地震的重要原因，但仅从水库地震的发震频度与坝高和库容正相关、矿山地震的发震频度与矿井深度和矿产开采量正相关来看，水库蓄水时的加载与水库放水时的卸载，才应是造成地质不稳定区域水库地震的主要原因（ Gupta H., et. al., 2007; 麻泽龙等 , 2005 ）。野外考察表明，汶川 M S 8. 0 地震形成了 3 条同震地表破裂带：映秀 - 北川地表破裂带、白鹿 - 汉旺地表破裂带和介于上述两地表破裂带之间的小鱼洞破裂带（图 5 ）（徐锡伟等， 2008 ）。图 5 汶川地震地表破裂带及垂直位移情况（徐锡伟等， 2008 ）。从图 5 可见，映秀 - 北川破裂带是汶川地震的主体地表破裂带，在其西端部映秀镇附近存在着 2 条走向 N60 - 70 E 的次级地表破裂带（见图 5 ）。所以，长约 240km 的映秀 - 北川破裂带，又可分为纯逆冲倾滑型破裂的映秀分支段，和以逆冲推覆为主兼有右旋走滑分量的虹口清平段，及以右旋走滑为主兼有逆冲垂直运动分量的北川南坝段。映秀分支段为纯逆断层（垂直位移 1 -2.3m ）。虹口清平段最大垂直位移 (6.2 0.5) m ，平均垂直位移 3 -4m ，右旋走滑位移为 (2 0.5) m ；北川南坝段最大右旋走滑位移为 (4.9 0.2)m ，平均右旋走滑位移 2 -3m ，垂直位移 1 -2m （徐锡伟等， 2008 ）。白鹿 - 汉旺地表破裂带长约 90km ，运动性质为纯逆断层，最大垂直位移 (3.5 0.2)m 。 NW 向小鱼洞地表破裂带长约 6km ，最大左旋走滑位移和垂直位移均约 3.5m ，为连结两条叠瓦状主要地表破裂带西段的逆走滑型断层（徐锡伟等， 2008 ）。以上地震地表破裂数据说明，汶川地震地表破裂带整体表现为从南西至北东，从纯逆冲倾滑型逐渐向右旋走滑型过渡。由于汶川地震的发震时间顺序为从南西逐渐向北东延伸（张勇等， 2008 ；王卫民等， 2008 ），这就说明，汶川地震的地表破裂，先是映秀 - 北川断层的映秀分支段的纯逆冲破裂，然后是虹口清平段、白鹿 - 汉旺段地表破裂带的以逆冲推覆为主兼有右旋走滑的破裂，最后才是北川南坝段以右旋走滑为主兼有逆冲的破裂。因为映秀 - 北川破裂带是汶川地震的主要破裂带，也是最先破裂的地表破裂带，且映秀分支段位于紫坪铺水库附近，所以，我们将图 5 映秀分支段所在的部分，即图 5 蓝色方框部分放大，结果见图 6 （雷兴林等， 2008 ）。图 6 紫坪铺水库区域地质特征（雷兴林等， 2008 ）。紫坪铺水库的正常蓄水位 877.0 m 时，水库尾水刚好至映秀镇，这时的水库水体分布如图 6 的坝基经 D 点至映秀的绿色区域。水库汛限水位 850. 0 m 时，根据库区海拔可知，水库水体分布于图 6 坝基至 D 点之间的绿色区域。水库处于死水位 817.0 m 时，水库水体主要处于坝基至 D 的东半部蓝色区域（也即主要分布于坝基至紫色的汶川地震地表破裂带线之间）。国家测绘局、中国地震局对 2005 年至本次地震后 GPS 点和国家卫星站监测数据统计分析发现，汶川地震的上盘（西侧块体）上升不明显，而下盘（东侧块体）下沉 30 -70cm （国家测绘局、中国地震局 , 2008 ；中国地壳运动观测网络项目组 , 2008 ）。因为 GPS 点离破裂带最近的点也有 30 km （国家测绘局、中国地震局 , 2008 ），而影响是逐渐衰减的，这就是说，汶川地震地表破裂带东盘的实际下沉量，肯定远远超过 GPS 测量的 70cm 。这说明，三条地表破裂带的垂直位移量，不是像很多人认为（ Hubbard and Shaw, 2009 ）的那样西侧上盘抬升（特别是在南西端），而应是东侧的下盘下降所致，即映秀 - 北川地表破裂带东侧盘地块（中央断裂带至前山断裂带间地块）向龙门山下俯冲、白鹿 - 汉旺地表破裂带东侧盘四川盆地地块向西侧盘（中央断裂带至前山断裂带间地块）下的俯冲（刘树根等 , 2008 ）（见图 7 ）。图 7 龙门山断裂带剖面图。从图 6 可见，紫坪铺水库蓄水至 877.0 m 正常水位时，整个水库范围内的水体，均位于 A 至 C 之间的映秀地表破裂带北支之下盘（但有近半面积水体位于 A 至 B 之间的映秀地表破裂带南支之上盘）。而当水库放水后，处于汛限水位 850. 0 m 以下，特别是处于死水位 817.0 m 时，水库绝大部分水体（约 3.38 亿 m 3 ）位于 A 至 B 之间的映秀地表破裂带南支之下盘。为了追求最大经济利益（四川省实行差额电价， 5 月后的丰水期，上网电价低，而 5 月前的枯水期，上网电价高），紫坪铺水库每年在大量岷江水到来的 4 月底、 5 月初之前，不仅只是将水位控制 850. 0 m 以下的 850. 0 m 水位附近，而是尽可能将其降低至 817.0 m 的死水位（见图 1 ）（雷兴林等 , 2008 ）。这样，就造成水库蓄水时，水库急速加载（特别是 850. 0 m 以上加载），大量荷载位于 A 至 C 之间的映秀地表破裂带北支之下盘，加速 A 至 C 之间的映秀地表破裂带北支及虹口乡 - 龙门山镇断裂带上、下盘之间的破裂，使水库东北部（特别是虹口乡 - 龙门山镇断裂带区域）地震频度急剧增加（见图 2 ）。而水库放水时，水库急速卸载至 850. 0 m 以下（特别是至 817.0 m 死水位）时，大量荷载从 A 至 B 之间的映秀地表破裂带南支之上盘卸掉（可能导致南支的上盘因均衡调整而适当抬升），而仅承载于 A 至 B 之间的映秀地表破裂带南支的下盘（约 3.38 亿 m 3 ），这就加速了 A 至 B 之间的映秀地表破裂带南支的上、下盘之间的破裂，使水库西南部（汶川地震震中所在地）地震频度急剧增加（见图 3 ）。这，可能就是为什么蓄水加载时库区东北部地震频度增加，而放水卸载时西南部地震发震频度增加的主要原因。 4 为什么会诱发如此高级别的地震？众所周知， 1967 年发生于印度柯依纳（ Koyna ）的 6.4 级水库地震，是世界上目前已知震级最大的水库诱发地震，其次才是 1962 年发生于中国新丰江的 6.1 级水库地震。柯依纳水库和新丰江水库，坝高都没有二滩水库高（柯依纳库深 100 m ，新丰江库深 97 m ，而二滩水库坝高 240 m ），库容也没有三峡水库大（柯依纳库容 27.8 10 8 m 3 ，新丰江库容 115 10 8 m 3 ，三峡库容 393 10 8 m 3 ），可他们诱发的地震，为什么远大于二滩和三峡水库呢？比较那些发生水库诱发地震的水库（易立新和车用太 , 2000 ）发现，虽然柯依纳和新丰江水库并不是世界上坝最高或库容最大的水库，但它们却是世界蓄、放水最频繁、且水位波动很大（柯依纳 32.84 m ，新丰江 32.6 m ）的水库（ Gupta et. al. ， 2005; 万永芳等， 2008 ）（而二滩水位波动一般在 23.14 m 范围内（谢蓉华 , 2000 ），三峡也一般不超过 30 m （梁小熙等， 2008 ），且没有频繁的大幅度蓄、放水水位波动）。所以，除柯依纳和新丰江水库所处的地质条件外，频繁、大幅度的水位波动，很可能是造成这两个世界上最大水库诱发地震的重要原因。紫坪铺水库所在的岷江流域，在 5-10 月雨水相当丰沛，很容易将紫坪铺水库蓄满至正常水位（ 877.0 m ）（见图 1 ），而在每年的 4 月底至 5 月初，随着当地的雨季来临，水库管理部门为了从差额电价制度里获得最大经济收益，都会将库水通过超额发电而排放至 817 m 死水位。这就造成紫坪铺水库每年都会有近 60m （ 877.0 m -817 m = 60m ）的水位差（尚不考虑该水库校核洪水位 883.1 m ）波动。这 60 m 的水位差，远远超过柯依纳水库的 32.84 m 和新丰江水库的 32.6m ，紫坪铺水库的蓄、放水（最高水位至最低水位）频率为至少每年一次，也超过新丰江水库的 2-3 年一次（万永芳等， 2008 ），基本和印度柯依纳水库持平（ Gupta et. al. ， 2005 ）。因为，紫坪铺水库所在的龙门山地震带，地质并不比柯依纳和新丰江稳定，所以，仅从蓄、放水频率和水位波动幅度来看，紫坪铺水库如此频繁的蓄、放水和如此大幅度的水位波动，诱发像柯依纳和新丰江一样的 6.1-6.4 级的诱发地震应是很正常的。但是，目前世界上最大水库诱发地震的最大震级，也仅为柯依纳水库的 6.4 级，那么，紫坪铺水库，又是如何诱发 M S 8.0 的汶川大地震的？ M S 8.0 的大地震能被水库诱发吗？通过对汶川地震的震源机制和破裂过程进行反演，结果见图 8 （中国地震信息网， 2009 ；王卫民等， 2008 ）。从图 8 可见，汶川地震的震源（汶川县漩口镇蔡家杠村下），只是最先破裂点，并不是破裂滑动最大处。滑动最大处，是 16 s 之后才开始破裂。不同的研究者，因资料来源和研究模型不同，结果稍有差别（张勇等， 2008 ；王卫民等， 2008 ），但都一致认为，从破裂开始 ( 发震时间 ) 到发震后 12 s ，地壳破裂主要在震源（震中正下方）及附近活动。其中 1-5 s 时地壳破裂活动逐渐加强，但 5 s 后（ 6-12 s ）地壳破裂活动逐渐减弱。 12 s 后地壳破裂完全停止（完全停止了 4 s ）（张勇等， 2008 ；王卫民等， 2008 ）。在发震后 16-29 s 期间 , 在震中东北方向约 80 km 处（虹口乡附近，图 6 A 点及其北东方向）开始新的破裂，并快速向西南及北东方向传播。这个阶段破裂涉及的范围大，是汶川大地震的一个主要地壳破裂期。在发震后 30-41 s ，在震中东北方向和西南方向都有一些零星的破裂，但规模较小、幅度较弱。在接下来的 6 s （ 42-47 s ）内，没有明显的破裂发生（破裂第二次暂停）（张勇等， 2008 ；王卫民等， 2008 ）。在发震后的 48-57 s 内，在震中东北 140 km 的北川附近和震中西南 150 km 的康定附近下方相继发生破裂。在发震后 60-66 s 内，震中东北 200 km 处下方的断层面上有一次较小的破裂事件。此后，在震中西南方向的破裂基本结束，而在震中东北 280 km 处则零星地发生了一些破裂。在发震后 58 -90s 内，除北川至青川方向尚有一定的零星破裂外，汶川地震破裂基本结束（张勇等， 2008 ；王卫民等， 2008 ）。图 8 汶川地震破裂过程（中国地震信息网， 2009 ）将图 8 的破裂过程中释放的能量作图，结果见图 9 （张勇等， 2008 ）。从图 8 、图 9 ，及以上的分析可见，汶川地震的地壳破裂过程，大致可能分为三大阶段：第一阶段，发震后 1-15 s ，为所谓的震中（微观震中）所在区域及附近地壳破裂阶段，释放全部地震矩（能量）约 9% （图 9 ）（张勇等， 2008 ）；第二阶段，发震后 16-44s ，为映秀 - 北川破裂带的虹口 - 清平段、白鹿 - 汉旺破裂带破裂阶段，释放了全部地震矩（能量）约 68% （图 9 ），形成汶川地震破坏力最强的极震区（图 9 ）（张勇等， 2008 ）；第三阶段，发震后 45-90s ，为映秀 - 北川破裂带的北川南坝段及其它区域的地壳破裂阶段，释放了全部地震矩（能量）约 23% （图 9 ）（张勇等， 2008 ）。第一阶段与第二阶段之间地壳破裂停止了 4 s ，第二阶段与第三阶段之间地壳破裂停止了至少 2-3 s ，这说明，汶川 M S 8.0 大地震，是由相互间断（或独立）的三个阶段（图 9 1 、 2 、 3 ）共同组成的。若汶川地震的第一阶段破裂完成后，假设其它区域的应力积累尚未接近（或达到）发震临界点，从图 9 的地震矩看，汶川地震也就仅一个 M S 6 级左右的地震，绝不会超过 M S 7.0 。因为紫坪铺水库具有 11.12 10 8 m 3 库容， 156 m 的坝高，且有和柯依纳水库一样的蓄、放水频率（超过新丰江水库），及超过柯依纳和新丰江的蓄、放水水位差（ 60 m ），所以，紫坪铺水库诱发一个 M S 6 级左右（或 M S 7.0 以下）的水库地震，应是很正常的。图 9 汶川地震破裂过程中的地震能量释放过程（张勇等， 2008 ）所以，真实情况很可能是这样：紫坪铺水库（特别是其频繁的大幅度蓄、放水），诱发了汶川地震初始点的 M S 6 级左右的水库地震；由于整个映秀 - 北川及彭 - 灌断裂带（即白鹿 - 汉旺破裂带所在的断裂带）的能量积累已接近（或达到）发界临界点，在初始破裂点这个 M S 7.0 以下的水库地震的触发（或诱发）下， 4 s 后，汶川地震主破裂带，即映秀 - 北川破裂带的虹口 - 清平段、白鹿 - 汉旺破裂带最终破裂，汶川地震的主震爆发；在这个主震的进一步带动下，南至康定、北至北川及青川，整个汶川地震全面爆发， M S 8.0 汶川大地震发生了。参考文献：陈德贻，刘奇武，杨建明 . 1996. 湖南娄底煤田矿山诱发地震的分析 . 中国地震， 12 （ 3 ）： 325-330 陈颙 . 2009. 汶川地震是由水库蓄水引起的吗 ?. 中国科学 D 辑 : 地球科学 , 39(3): 257-259 胡先明 , 谢蓉华 , 韩进 , 孙毅 . 2008. 水库诱发地震中水库水体下方的地震波速比 , 地震研究 , 31(3): 215-221 国家测绘局、中国地震局 . 2008. 汶川地震震区及周边地形变化监测分析结果公告 ( 国家测绘局、中国地震局公告 , 2008 年第 4 号 ). 中国网 . 2008-09-04 . http://www.china.com.cn/policy/txt/2008-09/04/content_16384735.htm 国家重大科学工程中国地壳运动观测网络项目组 . 2008. GPS 测定的 2008 年汶川 Ms 8.0 级地震的同震位移场 . 中国科学 D 辑 : 地球科学 , 38(10): 1195-1206 梁小熙 , 杜瑞林 , 张亦梅 . 2008. 三峡库区蓄水 175 m 后地壳垂直形变数值模拟 . 中国水运 , 8(6): 186-187 刘树根 , 田小彬 , 李智武 , 孙玮 , 郭兵 , 刘顺 . 龙门山中段构造特征与汶川地震 . 成都理工大学学报 ( 自然科学版 ), 2008, 35(4): 388-397 李卫起 , 严益 . 2008. 紫坪铺水库蓄水时机初步研究 . 四川不力发电 , 27(2): 145-147 李志强 , 袁一凡 , 李晓丽 , 何萍 . 2008. 对汶川地震宏观震中和极震区的认识 . 地震地质 , 30(3): 768-777 雷兴林 , 马胜利 , 闻学泽 , 苏金蓉 , 杜方 . 2008. 地表水体对断层应力与地震时空分布影响的综合分析以紫坪铺水库为例 . 地震地质 , 30(4): 1046-1064 麻泽龙 , 程根伟 , 谭小琴 . 2005. 水库触发地震研究进展 . 地球与环境 , 33( 增刊 ): 211-215 邵元林等 . 2008. 紫坪铺水枢纽工程 . 四川水利 , (4): 1-4 王儒述 . 2007. 三峡水库与诱发地震 . 国际地震动态 , (3): 12-21 肖和平 . 1998. 煤矿诱发地震研究 . 华南地震， 18 （ 4 ）： 83-87 易立新，车用太 . 2000. 水库诱发地震及其水文地质条件和诱震机理 . 中国地质灾害与防治学报， 11 （ 2 ）： 46-50 易立新，车用太，王广才 . 2003. 水库诱发地震研究的历史、现状与发展趋势 . 华南地震， 23 （ 1 ）： 28-37 万永芳 , 叶东华 , 陈大庆 . 2008. 广东新丰江地区地震研究 . 28(2): 59-66 王卫民 , 赵连锋 , 李娟 , 姚振兴 . 2008. 四川汶川 8.0 级地震震源过程 . 地球物理学报 , 51 (5) :1403-1410 谢蓉华 . 2000. 二滩水库蓄水 1 年的地震活动 . 地震地磁观测与研究 , 21(1): 12-21 徐锡伟 , 闻学泽 , 叶建青 , 马保起 , 陈杰 , 周荣军 , 何宏林 , 田勤俭 , 何玉林 , 王志才 , 孙昭民 , 冯希杰 , 于贵华 , 陈立春 , 陈桂华 , 于慎鄂 , 冉勇康 , 李细光 , 李陈侠 , 安艳芬 . 2008. 汶川 MS 810 地震地表破裂带及其发震构造 . 地震地质 , 30(3): 597-629 张勇 , 冯万鹏 , 许力生 , 周成虎 , 陈运泰 . 2008. 2008 年汶川大地震的时空破裂过程 . 中国科学 , 38(10): 1186-1194 中国地震信息网 . 2009. 地震破裂过程动画 : 地表位移场的变化 ( 2009 年 5 月 10 日最后访问 ). http://www.csi.ac.cn/sichuan/sichuan080512_cs2.htm Gupta H., Mandal P., Satyanarayana P. H. S., Shashidhar D., Sairam B., Shekar M., Singh A., Devi E. U., Kousalya M., Rao N. P., Dimri V. P. 2005. Current Science, 89(5): 747-748 Hubbard J, Shaw J. H. 2009. Uplift of the Longmen Shan and Tibetan plateau, and the 2008 Wenchuan (M = 7.9) earthquake. Nature, 458: 194-197 Kerr R., A., Stone R. 2009. A human trigger for the great quake of Sichuan ? Science, 323(5912): 322 作者按：在这汶川地震一周年之际，我写这篇文章，是为了记念那永远离我们远去的 87164 位兄弟姐妹。在那短短的 90-120 秒的时间里，他们甚至还没有来得及问一句为什么，就不得不匆匆离我们永远远去。一年后的今天，我想尽量找寻那使他们离我们远去的原因，既是对他们亡灵的慰藉，使他们死个明白，也想使我们今后尽可能远离这条不明不白的远去之路 ┅┅

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关于汶川地震与紫坪铺水库相关性的讨论

陈龙珠 2009-3-8 13:23

自1月中旬以来，对《科学》杂志那篇紫坪铺水库是否引发汶川地震文章的争论及其风波，至今在科学网博客尚未平息。本人未对此进行深入研究，只是在此提请大家在讨论问题时保持理性和注意如下几点问题：（1）《科学》上那篇文章只是介绍了一些观点而不是结论，因为题目就带着问号吧？（2）《科学》上那篇文章探索的观点在于是否是由水库触发了汶川地震，与水库孕育了汶川地震，是两个性质完全不同的概念吧？而大家经常看到和听到的所谓库震关系多指的是后者还是前者呢？（后记：触发地震，我理解为该区域在其他主要原因作用下已产生了接近于发生地震的地应力，而水库蓄水抑或还有固体潮等次要因素产生的附加地应力只是促成了地震发生的提前：即使没有这些次要因素的作用，在主因的持续作用下，这一地震迟早还是要发生的。这与通常的库震关系涉及的概念不能完全等同吧？）（3）紫坪铺水库主要库容在汶川地震实际断裂带的东侧还是西侧？地震后是断裂带的西侧还是东侧抬高了？若这两问题的答案依次为东侧、西侧，则我们又凭啥那么快就能肯定地否定：库水重量会增大由青藏高原构造运动孕育着的这场潜在地震的断裂面上的应力水平，并朝着有利于触发地震的方向发展呢？（后记：在事前不清楚地下岩体缺陷的情况下，库水自重对邻近岩体产生的附加应力计算可靠吗？水库诱发众多小、中级地震对邻近岩体产生的动应力及其损伤累积效应如何？）对这个问题的争论，真正的答案只有是和不是中的一个，在没有拿出切实、充分的科学依据之前，持其中的任何一个观点，暂且都只能当作是一种猜想或假说，彼此无须你死我活。只有这样，人类才能在遭受惨重的灾难后逐渐认识客观的自然规律，并实现后代的长治久安！后注：该水库是否触发了汶川地震尚无结论，但这座水库大坝以大震可修的性能( http://www.sciencenet.cn/m/user_content.aspx?id=33060 )抵御了这场劫难，已足以说明中国的建坝技术处于当前世界一流水平！

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