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紫坪铺水库蓄水渗入到龙门山断裂带深部了吗?

已有 12699 次阅读 2018-4-5 11:54 |个人分类:科普|系统分类:科普集锦| 汶川地震, 龙门山断裂带

又到每年一度的清明节了,自然想写点什么,写什么呢?时间如梭,已快到汶川地震十周年的日子了,值此清明节之际,深切缅怀汶川地震遇难同胞。我觉得悼念和告慰同胞的最好方式之一是深化对地震机制的认识,尽可能避免类似的悲剧重演。

【图片来自网络,无商业目的,在此致谢!】

         大家知道,汶川地震的发震构造是龙门山断裂带(图1-2),对其的详细地质描述可见:

https://baike.baidu.com/item/%E9%BE%99%E9%97%A8%E5%B1%B1%E6%96%AD%E8%A3%82%E5%B8%A6/2678378?fr=aladdin

  

1 龙门山断裂带(平面图)(图片来自网络,无商业目的,在此致谢!)

 


2 龙门山断裂带(剖面图)(图片来自网络,无商业目的,在此致谢!)

2008年汶川地震后,由于其震中位置距紫坪铺水库较近(图3),发震时间离水库开始蓄水日期不远,故引发了紫坪铺水库蓄水是否为汶川地震诱因的争论。

一类代表性观点认为汶川地震与紫坪铺水库无关。例如,陈颙(2009)认为汶川地震在震级大小、地震位置分布和地震序列等方面都不符合水库诱发地震的基本特点,因此汶川地震并非紫坪铺水库蓄水引起。

另一类代表性观点认为紫坪铺水库与汶川地震关系较为密切。例如,雷兴林等(2008)通过分析紫坪铺水库周边地震活动性和水库蓄水过程对附近断层引起的附加库仑应力变化,认为紫坪铺水库蓄水对其下方龙门山中央断层和山前断层有明显作用,故其与汶川地震之间的关系不能被忽视。 


图3  汶川地震区地震构造图(3.6版)

我们认为上述争议的焦点,显然不在于水库蓄水能否诱发地震(毋庸置疑,答案是肯定的),而在于其能否诱发类似汶川地震规模的大地震。那么,紫坪铺水库与汶川地震孕育过程有何联系?是否诱发了汶川地震呢?

要搞明白这些问题,得从流体对震源体的作用机制入手。一般认为有三种作用:(1)附加荷载作用。若流体能渗入到发震断裂深部,(2)可加速震源体破裂作用,如可使潜在的汶川地震提前发生;(3)降低震源体强度,如可使潜在的汶川地震震级减小。然而,无论荷载作用还是流体能渗入到发震断裂深部,都能加剧地震活动性。事实如何呢?

为此,我们拟从汶川地震区、沿龙门山断裂带和紫坪铺水库附近三个不同研究尺度(图3),对紫坪铺水库蓄水前后的地震活动性进行对比分析,以期找到有助于对该争论做出科学评判的新线索。

通过详细的论证(见即将发表的论文),我们选择198147日至2008512日汶川地震发生前为研究时间窗口,Mc=ML3.0为最小完整性震级,进行下述分析以揭示紫坪铺水库蓄水前后不同尺度研究区的地震活动性特征。

4示出了ML-t图,可看出在紫坪铺水库蓄水前后,三个不同尺度研究区的地震震级和频度均无显著差异,未看出紫坪铺水库蓄水有增强地震活动性的作用。再者,自紫坪铺水库蓄水后至汶川地震前,汶川地震区所发生的地震震级均远小于其最小有效性震级Mv,即使其为真实的锁固段破裂信息,由于震级很小,对汶川地震的发震锁固段(震源体)所能起到的物理和力学作用微乎其微,可以忽略。


(a) 汶川地震区

(b)沿龙门山断裂带(图7紫色虚线范围)


(c) 紫坪铺水库附近(图7绿色虚线范围)

 4  涵盖紫坪铺水库不同尺度研究区的地震震级(ML)与时间(t)关系

 5示出了N-t图,可看出在紫坪铺水库蓄水后,三个不同尺度研究区的年发震数量均未出现显著增多现象,相反却出现降低趋势。沿龙门山断裂带和紫坪铺水库附近,蓄水后其年发震数量低于蓄水前多个年份的年发震数量;在汶川地震区,紫坪铺水库蓄水后至2007年间其年发震数量虽高于蓄水前多个年份的年发震数量,但结合地震目录知,其中大多数地震发生在距离紫坪铺水库非常远的区域,故判断这些地震并非为水库诱发,而应属于汶川地震区正常的构造地震。 


(a) 汶川地震区


(b) 沿龙门山断裂带(图7紫色虚线范围)


(c) 紫坪铺水库附近(图7绿色虚线范围)

5 汶川地震前涵盖紫坪铺水库不同尺度研究区的每年地震数量(N)与时间(t)关系

上述分析表明,未找到紫坪铺水库蓄水影响不同尺度研究区ML≥3.0地震活动性的新线索。从上述地震活动性分析还能得出一个合理的重要推论:紫坪铺水库蓄水并未渗入到龙门山断裂带深部,未能起到加速锁固段破裂与降低锁固段强度及发震断裂黏滞性的作用,亦即未起到促使潜在的汶川地震提前发生的作用。

以上是基于地震活动性统计分析所得认识。事实上,基于孕震断层多锁固段脆性破裂理论的定量分析结果(图6),亦印证了上述分析。一方面,导致汶川地震发生的直接导火索是193717日青海玛多MS7.8地震,该震的发生已决定了汶川地震区当前地震周期必然会发生一次与汶川地震震级类似的地震事件,与修建紫坪铺水库无因果关系;另一方面,自紫坪铺水库蓄水后发生的地震未影响到汶川地震前该区的CBS监测值,即未改变汶川地震前该区第2锁固段所处的临界物理状态。

这里补充说明下,19768月四川松潘-平武MS7.2双震震群为汶川MS8.1标志性地震的显著前震序列。之后在19951218日,曾发生一次广义前震,即青海玛多ML5.9地震,其后至汶川地震前,该地震区再无MSMvMv=MS5.5)的地震发生,即CBS监测值保持不变。换句话说,在1976831日前,汶川地震区的强震很猛,已完成了规定动作处于临界状态;之后处于地震活动相对平静期;紫平铺水库蓄水后并未改变这一局面,甚至地震活动反而降低啦。 


图6  汶川地震区638.02.14-2017.08.21之间CBS值与时间关系

(数据分析时选取MS≥5.5地震,即Mv=MS5.5;误差修正已被考虑)

综上分析,可认为紫坪铺水库对汶川地震孕育过程的影响很小,可以忽略。我们强调,要澄清与大地震有关的任何科学问题,必须从其物理机制和演化规律入手才能得出正确结论,除此别无他途。

参考(略)



http://blog.sciencenet.cn/blog-575926-1107528.html

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1 张国宏

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