探讨紫坪铺水库在汶川地震发生中的作用

摘要

汶川Ms8.0级地震位于紫坪铺水库库尾附近.2002年紫坪铺水库开始截流,2005年10月正式开始蓄水后,库区先后发生不少小震群.2006-2008年迅速增多的水磨震群与主震相距不足5 km.因此,紫坪铺水库蓄水在汶川地震发生中的作用成为一个被广泛关注的热点问题,从断层的库仑应力变化出发有过很多讨论.文中以汶川Ms8.0级地震前的紫坪铺水库地震台网数据为基础,通过分析龙门山断裂带以及库区小震的时空演化,研究水库附近流体压力扩散过程,得到以下认识:(1)紫坪铺水库所在区域存在一系列北东向展布的断裂,水库位于碳酸盐岩地层上,存在渗漏的地质背景.伴随水位波动升高,回水逐渐向西南淹没,地震分布范围也逐渐由大坝向南西扩展,二者关系密切.根据地震随时间的分布,分析了水压力的扩散过程,拟合得到水压力的宏观扩散系数为0.7 m2/s.该扩散系数较好地勾画了紫坪铺水库蓄水和地震活动过程.扩散过程既与河流纵断面形态关系密切,也与地下流体孔隙压力扩散、水位变化有关.(2)紫坪铺水库蓄水前龙门山断裂带汶川段已处于高应力状态,库区正好位于汶川段西南区的闭锁部位.蓄水后龙门山断裂带有过三次地震增强和地震活动范围沿断裂扩展的过程,均发生在水位升高后.已有实验结果表明,在亚失稳应力状态下断层在失稳前的活动存在协同化过程.其作用是降低断层上弱部位的强度和扩大弱部位的总长度以提高断层协同化程度,从而增加断层强部位的应力.研究认为,3次高水位后地震活动的增强正反映了在强区域构造应力背景下库水渗透到部分闭锁断层段并使之弱化引起的连锁反应.汶川地震发生在高区域应力和水体的共同作用下,多次高水位起了弱化断层闭锁段的作用,使断层上协同化程度达到临界水平,在强部位的应力作用下造成了较长断层段的快速失稳错动.此项研究为进一步分析紫坪镝水库蓄水在汶川地震发生中的作用提供了新的事实和论据.