李夢圓 蔣海昆 宋 金 王錦紅

1)中國地震局地震預測研究所，100036 北京

2)中國地震臺網(wǎng)中心，100045 北京

0 引言

2020年7月19日西藏波密易貢鄉(xiāng)發(fā)生ML4.9顯著震群(以下簡稱波密震群)，短短1個月時間內(nèi)相繼發(fā)生20多次ML≥4.0地震。波密震群距離2017年11月18日米林MS6.9 地震震中約70km，加上震中附近人員分布相對密集、震感強烈，這一短時間內(nèi)持續(xù)不斷的中等地震活動引起了廣泛關注。中國地震臺網(wǎng)中心在震情跟蹤過程中，參考以往研究(Mukhopadhyayetal.，2015)，初步懷疑其與震區(qū)附近的易貢湖水位變化有關(1)中國地震臺網(wǎng)中心，震情會商討論，2020年7月26日。。

流體在觸發(fā)局部地震活動方面具有重要作用。人為因素導致的孔隙流體壓力變化，如水庫蓄水(Pradeepetal.，1984；Roeloffs，1988；Gupta，2002)、加壓注水或深部流體運移(Akietal.，1982；刁守中等，1990；Zobacketal.，1997；Phillips，2000；Leietal.，2020；張捷等，2021)等均可觸發(fā)地震活動。季節(jié)性天然因素引起地表載荷或地下孔隙壓力變化從而觸發(fā)地震的例子也并不罕見，國內(nèi)外對地下水位季節(jié)變化、降雪加載等引起的周期性地震活動變化(Matsumura，1986；Rothetal.，1992；Saaretal.，2003；Bollingeretal.，2007；Bettinellietal.，2008；Heki，2013；Johnsonetal.，2017；Uedaetal.，2019；王晨旭等，2020；Hsuetal.，2021)或短時暴雨觸發(fā)的地震活動顯著增強現(xiàn)象(Rothetal.，1992；Jimenezetal.，2000；Hainazletal.，2006；Kraftetal.，2006；Husenetal.，2007；蔣海昆等，2011)已有諸多研究。即便是針對本文所述的波密震群所在區(qū)域以往的震群活動，也已有研究認為其與周期性的孔隙壓力變化有關(Mukhopadhyayetal.，2015)。

在以往研究的基礎上，本文簡要介紹2020年波密震群及該區(qū)域以往地震活動的特征；結合季節(jié)性降水過程、地理地貌和水系分布、介質(zhì)巖性及斷層構造等因素，著重分析該局部區(qū)域的地震活動與季節(jié)性降水等過程的相關性，并結合一維孔隙壓力擴散模擬結果討論震群活動可能的機理。

1 波密震群區(qū)域構造環(huán)境及地震活動特征

1.1 區(qū)域構造環(huán)境

2020年波密震群位于嘉黎斷裂帶北側(圖1 中的方框，下文簡稱方框內(nèi)的區(qū)域為“波密震群區(qū)域”)。嘉黎斷裂帶位于南迦巴瓦構造結的東北側，是一條走向 N60°W 、長約600km、寬3～7km、以右旋走滑為主的斷裂帶(李鴻儒等，2021)。嘉黎斷裂帶晚第四紀以來具有明顯的分段運動特征(宋鍵等，2011)：東構造結以西的嘉黎斷裂帶西北段為右旋擠壓運動，走滑速率為3.2～5.8mm/a；東構造結頂端的易貢—通麥段為嘉黎斷裂帶的中段，主要沿易貢藏布河谷展布，走向近NWW，呈弱右旋擠壓運動，走滑速率為1.3～2.0mm/a；東南段具有左旋擠壓運動特征，走滑速率為3.7～4.0mm/a。波密震群所在的嘉黎斷裂帶中段的走滑運動弱于東南段及西北段，走滑速率僅為其東南段和西北段的 1/3 和1/2，且是嘉黎斷層帶運動旋性發(fā)生轉(zhuǎn)換的區(qū)段，構造運動復雜。嘉黎斷裂帶南側曾于2017年11月18日發(fā)生米林MS6.9 地震，米林地震為走向近NW、具有S傾特征的逆沖型破裂(白玲等，2017)，余震分布尺度約40km(韓佳東等，2019)。米林地震是圖1 所示區(qū)域有記載以來的最大地震，其破裂起始點距離嘉黎斷裂帶約44km。由圖1 中的構造及地震分布可見，波密震群區(qū)域的地震活動既非嘉黎斷裂帶主斷裂活動的結果，也與米林地震余震活動無關，看不出它們之間存在明顯的構造關聯(lián)。

圖1 波密震群(圖中方框所示)附近區(qū)域的主要斷層及1970—2020年ML≥2.0地震的分布Fig.1 The distribution of earthquakes with ML≥2.0 in 1970—2020 and the major faults in the surrounding area of Bomi swarm.圖中方框為

1.2 2020年波密震群活動的特點

據(jù)中國地震臺網(wǎng)中心統(tǒng)一編目數(shù)據(jù)庫可知，2020年7月19日—8月19日期間，在波密震群區(qū)域共記錄到ML≥2.0地震62次，其中ML2.0～2.9地震9次，ML3.0～3.9地震28次，ML4.0～5.9地震25次，震級最大的為2020年7月19日18時15分發(fā)生的ML4.9地震。2020年波密震群活動在時間上可分為2020年7月19日—8月1日及2020年8月8—19日2個密集時段(圖2)，2個時段的持續(xù)時間大體相當，分別約為13d和12d。檢索圖1 方框區(qū)域內(nèi)2020年1月1日—12月31日記錄到的ML≥0.0地震，發(fā)現(xiàn)除圖2 所示的發(fā)生于7—8月的波密震群外，其他時段僅發(fā)生2020年4月24日ML2.3、6月24日ML3.0和10月7日ML2.6 3次小地震，表明2020年該局部區(qū)域的絕大多數(shù)地震集中于7、8月發(fā)生。

圖2 2020年波密震群ML≥2.0地震的M-t圖及部分地震的震源機制解Fig.2 M-t diagram of the 2020 Bomi earthquake swarm with ML≥2.0 and focal mechanism solutions of some earthquakes.

圖3 2020年波密震群ML≥2.0地震的空間分布(2020年7月18日—8月19日)Fig.3 Earthquake distribution of the 2020 Bomi swarm with ML≥2.0(from July 18 to August 19，2020).

2020年波密震群序列地震的震級主要集中在約ML3.0和約ML4.5 2個區(qū)間(圖4a)，其中ML3.0與該區(qū)域當前地震監(jiān)測的最小完備性震級大體相當(2)中國地震臺網(wǎng)中心，西藏地震局，青海地震局，等，2019，青藏高原監(jiān)測能力提升項目初步設計，青藏地區(qū)現(xiàn)有臺站監(jiān)控能力圖(圖3-1)。。可見，2020年波密震群較高震級地震的數(shù)量偏多。以0.5級為震級間隔粗略統(tǒng)計得到的G-R關系的比例系數(shù)b≈0.3(圖4b)，明顯低于全球絕大多數(shù)地震序列b≈1.0的分布特征(Kisslinger，1991；Utsu，2002；Godanoetal.，2014)。

圖4 2020年波密震群(2020年7月18日—8月19日)的頻次-震級統(tǒng)計(a)及G-R關系(b)Fig.4 Frequency-magnitude statistics(a)and G-R relationship(b)of the 2020 Bomi swarm(from July 18 to August 19，2020).

表1 2020年波密震群ML≥4.0地震及震源機制(據(jù)中國地震臺網(wǎng)中心預警速報部)Table 1 The focal mechanism solutions of the 2020 Bomi swarm(ML≥4.0)

2020年波密震群包含25次ML≥4.0地震，利用CAP方法反演了其中20次地震的震源機制解和矩心深度(表1)，占同等震級地震的80%(20/25)，具有一定的代表性。波密震群震源機制解的一個顯著特點是：約以2020年7月27—28日為界，之前地震的震源機制以逆沖兼走滑為主，節(jié)面走向較為紊亂，但近EW及近NW向的節(jié)面相對較多；之后的震源機制則基本為近EW向的張性破裂，一致性較好(圖2)。

1.3 波密震群區(qū)域歷史地震活動特點

圖5 為波密震群區(qū)域1970年以來ML≥2.0地震的M-t圖?？紤]最小完備性震級影響，主要對ML≥4.0的地震進行分析。宏觀來看該小區(qū)域的地震活動有以下特點：

圖5 波密震群區(qū)域1970年以來ML≥2.0地震的M-t圖Fig.5 M-t diagram of earthquake with ML≥2.0 in Bomi swarm region since 1970.

(1)年最大地震震級基本穩(wěn)定在ML4.5～5.0之間，但年累計地震能量釋放差異較大?；?970年以來ML≥4.0地震計算的年均地震能量釋放約為Eave=280215898665J/a，大體上相當于每年發(fā)生1次ML4.9地震。引入每年累計地震能量釋放Ei與Eave的比值NCSER，從地震能量釋放的角度衡量每年的地震活動相對于長期平均活動水平的高低，NCSER=Ei/Eave越大，表明該年度累計地震能量釋放越強烈、地震活動水平越高。1970年以來該區(qū)的NCSER介于0～10.9之間，表明各年份累計地震能量釋放差異較大。

(2)并非每年都有震群或顯著地震發(fā)生。1970—2020年共計51a，其中18a有顯著震群或ML≥4.0地震發(fā)生(圖5)，約占全部時段的35%。此外由圖5 還可以看出，1973—1995年、2010—2020年2個時段的震群或顯著地震相對活躍，1996—2009年則出現(xiàn)明顯的地震活動平靜期。由于自20世紀70年代以來該區(qū)域的地震監(jiān)測能力始終持續(xù)緩慢提升，故1996—2009年期間的地震平靜顯然不是由于監(jiān)測能力變化所致，這種大時間尺度的活躍-平靜特征究竟緣于何種原因，尚需深入研究。

(3)地震基本集中在當年的7、8月份密集發(fā)生。與2020年波密震群活動的特點類似，該局部區(qū)域歷史地震活動主要集中于當年的7、8月發(fā)生。分震級段統(tǒng)計結果顯示(圖6)，1—6月偶爾有個別小地震發(fā)生，7、8月各震級段地震的頻次均顯著升高，ML3.0～3.9、ML≥4.0地震頻次的升高最為明顯。9月之后各震級段的地震頻次迅速降低，但ML≥4.0地震的頻次具有逐漸降低的特點，顯示出流體等外因作用的滯后影響效應(王志偉，2020)。

圖6 1970年以來波密震群區(qū)域按月統(tǒng)計的地震頻次Fig.6 Monthly earthquake frequency in Bomi swarm region since 1970.

2 波密震群區(qū)域的地震活動與降水之間的關系研究

波密震群區(qū)域的地震集中在當年7、8月份頻繁發(fā)生這一現(xiàn)象(圖6)，讓人聯(lián)想到溫度、降雨等循環(huán)往復的四季更替規(guī)律，而事實也正是如此。從大區(qū)域來看，西藏每年4—6月屬于雨季前夕，降雨量較小，6月底—7月初開始進入雨季高峰，降雨量大，每年8月底雨季基本結束，即每年7、8月份是西藏的雨季高峰(3)https：∥www.tibetcn.com/wenda/6240.html。。從波密震群所在的林芝地區(qū)1971—2000年的氣象觀測資料來看，每年7、8月份是降雨量最大、氣溫最高的時段(4)https：∥www.tianqi.com/qiwen/city-linzhi-8/。。

為研究降水等氣象因素對波密震群區(qū)域地震活動可能造成的影響，本文參考Andajani等(2020)的做法以獲取震中附近區(qū)域的降水資料。Andajani等(2020)在通過波速變化研究降水對地殼介質(zhì)孔隙壓力影響的工作中，使用臺站附近40km范圍內(nèi)降雨量記錄的平均值作為臺站處的降雨量。在本文中，由于氣象觀測資料有限，僅粗略地以中國科學院青藏高原研究所高山環(huán)境綜合觀測研究站(以下簡稱藏東南站)記錄的資料作為波密震群區(qū)域的相關氣象數(shù)據(jù)開展研究。藏東南站位于林芝市巴宜區(qū)魯朗鎮(zhèn)，海拔3326m，距波密震群中心約65km。藏東南站的觀測環(huán)境較好，自2007年以來一直有連續(xù)的氣象記錄，其中溫度、降雨量和氣壓分別采用美國Campbell SCI公司的HMP45C-GM溫濕度傳感器、荷蘭Vaisals公司的RG13H雨量桶和PTB220A氣壓計進行自動觀測和連續(xù)記錄，觀測采樣周期均為10min。

圖7 藏東南站30日累計、1日滑動的降水量(a)、氣溫(b)曲線及波密震群區(qū)域ML≥2.0地震的M-t圖(藍色)Fig.7 Moving averages with 30 days window and 1 day step for precipitation(a)，monthly mean temperature(b)and the M-t diagram of earthquakes with ML≥2.0 in Bomi swarm region(blue).

圖7 為藏東南站記錄的降水量及氣溫變化與波密震群區(qū)域地震活動的直觀對比。不同年份的降水量有一定差異，顯著震群發(fā)生于降水量的峰值時段，并且似乎都起始于當年第1次顯著降水之后(圖7a，8)，這意味著短時間內(nèi)較大規(guī)模的集中降水對該局部區(qū)域的地震活動具有統(tǒng)計可信的觸發(fā)特征。氣溫變化具有較好的年變特征，氣溫峰值時段與震群活動有較好的時間對應(圖7b)。由于缺乏準確的高山融雪及冰川消融等相關數(shù)據(jù)，以下先著重考察降水與地震活動的關系。

藏東南站自2007年以來有完備的氣象記錄資料。在2007—2020年這14a中，波密震群區(qū)域僅于2010年、2012年、2015年、2017年、2019年和2020年這6個年份發(fā)生顯著震群(圖5)。且這6個有震年份每年最大地震的震級介于ML4.5～5.1之間，其中2010年和2020年地震的震級最大；每年ML≥4.0地震的頻次介于2～22次之間，其中2015年和2020年的頻次最高；每年ML≥4.0地震的持續(xù)活動時間介于3.7～29.3d，其中2015年和2020年的持續(xù)時間最長；每年歸一化累計地震能量釋放NCSER值介于0.56～6.93之間，其中2010年和2020年最大，2012年和2017年最小，2015年和2019年居中(圖9)。下文將著重討論波密震群區(qū)域的地震活動與降水規(guī)模及降水過程的明顯關聯(lián)性特征。

2.1 震群活動一般起始于當年首次較顯著降水過程結束之后

圖8 2007年以來有震年份的月降水量變化(黑)及波密震群區(qū)域ML≥2.0地震的M-t圖(藍)Fig.8 Variations of monthly precipitation in years with earthquake activity since 2007(black)and the M-t diagram of earthquakes with ML≥2.0 in Bomi swarm region(blue).月降水量為30日累計、1日滑動計算結果；水平虛線為2007—2020年月降水量均值倍標準差，約為142mm

2.2 地震活動水平與當年規(guī)模以上降水開始時間的早晚、上半年規(guī)模以上降水的天數(shù)、規(guī)模以上降水至地震之間的時間間隔呈正相關

定量統(tǒng)計結果顯示，以NCSER表征的地震活動水平與規(guī)模以上降水開始時間的早晚(圖9a)、上半年規(guī)模以上降水的天數(shù)(圖9b)和規(guī)模以上降水至地震之間的時間間隔(圖9c)等表征降水規(guī)模和降水過程的參數(shù)呈正相關。例如，2010年和2020年規(guī)模以上降水開始的時間明顯超前于其他年份，5月下旬即已開始，而這2年的地震活動水平也最高；2012年、2017年和2019年規(guī)模以上降水開始的時間明顯較晚，起始于6月下旬—7月上旬，其地震活動也相對較弱；2015年規(guī)模以上降水于6月上旬開始，開始時間居中，其地震活動水平低于2010年和2020年，高于2012年、2017年和2019年(圖9a)。同樣，上半年規(guī)模以上降水天數(shù)越多，則當年的地震活動水平越高(圖9b)。把每年規(guī)模以上降水開始的時間(圖9a 中的“×”)對齊(圖9c)，可見規(guī)模以上降水開始至首次ML≥4.0地震之間的時間間隔(藍色水平條)可明顯分為2組，一組為2010年和2020年，平均約為(59.0±1.4)d；另一組為2012年、2015年、2017年和2019年，平均約為(40.5±2.4)d。即規(guī)模以上降水開始至起始地震活動之間的時間間隔越長，則地震活動水平越高。這意味著，規(guī)模以上降水開始時間越早、上半年規(guī)模以上降水的天數(shù)越多、規(guī)模以上降水至地震之間的時間間隔越長，則該年度的地震活動水平越高。其原因在于，更大規(guī)模的降水量、更長時間的降水過程(更長的流體滲透時間)更加有利于觸發(fā)較強的地震活動。

圖9 有震年的NCSER與規(guī)模以上降水開始的時間(a)、上半年規(guī)模以上降水的天數(shù)(b)和規(guī)模以上降水開始至首次ML≥4.0地震之間時間間隔(c)之間的關系Fig.9 The relationships between NCSER in years with earthquake activity and the starting time of precipitation above designated scale(a)，the days of precipitation above designated scale in the first half year(b)，and the time interval from the starting time of precipitation above designated scale to the first earthquake with ML≥4.0(c).“×”為規(guī)模以上降水開始時間；陰影為85%置信概率條件下的擬合偏差范圍；藍色水平線為規(guī)模以上降水開始至首次ML≥4.0地震之間的時間間隔，紅色水平線為ML≥4.0地震活動的持續(xù)時間

此外，盡管不同年份規(guī)模以上降水開始的時間(圖9a)及ML≥4.0地震活動的持續(xù)時間(圖9a 中水平紅線的長度)差異較大，但ML≥4.0地震活動的結束時間卻大體同步，基本結束于8月中下旬(圖9a)，與年度降水結束的時間基本吻合。

2.3 地震活動水平與4—6月降水量增加速率及6月預期降水量呈正相關

圖8 中，各子圖的紅色虛線為當年4—6月月降水量的線性擬合，p=p0+kΔt，Δt為自4月1日起的天數(shù)，p0和k分別為擬合系數(shù)。為直觀理解，可粗略地將p0視為4月起始時刻(Δt=0)的月降水量，由于采用30日累計、1日滑動的方式進行計算，故p0實際為3月的累計降水量，p0越大則說明4月前已經(jīng)出現(xiàn)了較大的累計降水；k為4—6月期間月降水量的平均增加速率，k越大意味著該時段月降水量增加越快。結果顯示，多數(shù)年份的NCSER與p0定性負相關、與k定性正相關，p0越小、k越大，則當年的地震活動水平越高(圖10a，b)。NCSER與6月預期降水量p正相關(圖10c)，粗略地有NCSER=-6.3863+0.0583p，擬合相關系數(shù)R2=0.71，陰影為85%置信概率條件下的擬合波動范圍。綜合圖10 所示的地震活動水平與p0、k、p之間的關系可見，前期越干旱(p0越小)、4月之后月降水量增速越快(k越大)、6月預期降水量(p)越大，則該年度的地震活動水平越高。

圖10 NCSER與3月累計降水量p0(a)、4—6月降水量平均增加速率k(b)和6月預期降水量p(c)之間的關系Fig.10 The relationships between NCSER in years with earthquake activity and the cumulative precipitation in March p0(a)，the average increasing rate k of precipitation from April to June(b)，and the expected precipitation p in June(c).p=p0+kΔt，Δt=91，為4月1日—6月30日之間的天數(shù)

3 地理地貌和地質(zhì)構造對地震空間分布的制約作用

由上述分析可見，波密震群區(qū)域的地震活動受季節(jié)性降水的觸發(fā)影響，地震密集活動的時間及地震活動水平主要受控于季節(jié)性降水規(guī)模和降水過程。但季節(jié)性降水具有流域特征，涉及較大的范圍，為什么波密震群區(qū)域的地震活動卻基本集中在一個非常小的區(qū)域(約15km×20km的范圍，圖2)？下文將主要從水系分布和地理地貌、介質(zhì)巖性及斷層構造等方面對該問題進行探討。

3.1 水系分布及地理地貌

波密震群區(qū)域的地震活動主要集中在近NE向的勒曲藏布(R3)及兩側分支流域，勒曲藏布上游有近NNE向的那果龍藏布(R4)和近NW向的若果藏布(R5)匯入，于下游附近轉(zhuǎn)向SE，與近SEE向的道格藏布(R2)匯合后一并流入易貢湖(圖11)。震中附近區(qū)域?qū)俚湫偷母呱缴钋袓{谷地形(任金衛(wèi)等，2001)，勒曲藏布流域的海拔約為2400m，而周邊常年被冰雪覆蓋的高山區(qū)域海拔5000～6000m(5)西藏自治區(qū)地質(zhì)調(diào)查院，2005年，中華人民共和國地質(zhì)圖(H46C00204)，邊壩縣幅，1︰25萬。。周邊分布多條近NW-SE向展布的冰川，例如若果藏布(R5)水流主要來源于其上游的若果冰川，在若果冰川西側至色拉貢巴-湯木拉斷裂(F7)之間的區(qū)域還分布有恰青冰川和貢普冰川①，故除季節(jié)性降水外，季節(jié)性氣溫變化導致的升溫融雪和冰川消融也是非常重要的地表流體來源(楊錫金，1985；沈大軍等，1996)。從經(jīng)過震中區(qū)域并與勒曲藏布大體垂直的等高線剖線(6)谷歌數(shù)字影像及谷歌數(shù)字等高線。來看，勒曲藏布流域的北側山體更為陡峭，因而水體總體有由北往南流動、滲透的特點。據(jù)此，地震集中分布的勒曲藏布(R3)及分支流域于每年7、8月成為周邊水體快速匯聚的區(qū)域，從而為流體觸發(fā)地震活動提供了最重要的基礎條件，這是該局部區(qū)域每年7、8月地震密集發(fā)生的一個重要原因。圖11 中，沿道格藏布(R2)分布的地震也從另一個側面印證了該區(qū)域流體對地震空間分布的制約和控制作用。

圖11 波密震群區(qū)域及附近斷裂構造、地表巖性、水系及1970年以來ML≥2.0地震的分布Fig.11 Regional fault structures，lithology，river systems and distribution of earthquakes with ML≥2.0 since 1970 in Bomi swarm region and surrounding area.底圖為1︰50萬地質(zhì)圖，其中斷層F2、F3、F4和F7的相關信息來自1︰25萬地質(zhì)圖(7)西藏自治區(qū)地質(zhì)調(diào)查院，2005年，中華人民共和國地質(zhì)圖(H46C00204)，邊壩縣幅，1︰25萬。。棕色線條為斷層，斷層的性質(zhì)標注于圖中(未標注者為性質(zhì)不明)。粗線條為證據(jù)明確的活動斷裂；高山常年被冰雪覆蓋區(qū)域的斷層為推測結果，用間斷線表示。F1嘉黎-易貢藏布斷裂，右旋走滑；F2宗本-澤普斷裂，N傾逆斷；F3未命名斷層，N傾正斷；F4未命名斷層，S傾逆斷；F5未命名斷層，性質(zhì)不明；F6隆格爾-納木錯-仲沙斷裂，S傾逆斷；F7色拉貢巴-湯木拉斷裂，右旋走滑。R1易貢藏布； R2道格藏布；R3勒曲藏布；R4那果龍藏布；R5若果藏布；YGL易貢湖

3.2 介質(zhì)巖性及斷裂構造

從出露地表的巖性分布來看(圖11)，地震密集分布的區(qū)域以石英砂巖、粉砂巖為主，而周邊北側、東側、西側分別為花崗巖類、灰?guī)r類巖石，砂巖類巖石相對而言具有更高的滲透率，便于流體更快地向下滲透，從而影響介質(zhì)孔隙壓力變化，這是地震在該局部區(qū)域密集分布的另一個重要原因。

但從圖11 也可看出，與地震密集區(qū)域類似的砂巖類巖石分布廣泛，但地震卻始終僅分布在一個非常小的局部區(qū)域內(nèi)，其原因可能與周圍斷裂構造的圍限作用有關。地震密集分布區(qū)域被幾條相對較大的斷裂所圍限(圖11)：北部受限于近EW向的隆格爾-納木錯-仲沙斷裂(F6)的西延部分，東側受限于NW向的未命名斷層(F5)，南側受限于近EW向的宗本-澤普斷裂(F2)，西部則被NW向的色拉貢巴-湯木拉斷裂(F7)所圍限。從更密集的地震分布區(qū)域來看，北側似乎更多地受限于近EW向的未命名斷層(F4)，南側則受限于未命名斷層(F3)。從斷層性質(zhì)來看，北側的F4、F6為S傾逆斷層，南側的F2為N傾逆斷層、F3為N傾正斷層(8)西藏自治區(qū)地質(zhì)調(diào)查院，2005年，中華人民共和國地質(zhì)圖(H46C00204)，邊壩縣幅，1︰25萬。，因而地震密集區(qū)大體上為S傾逆斷層F4的上盤，亦為N傾正斷層F3的上盤。一般而言(王大純等，1995)，張性斷層通常具有良好的導水和儲水能力；脆性巖層中逆斷層的淺部具有導水作用，中心部分則透水性很差，通常具有隔水作用，但斷層面的兩側多發(fā)育張性較好的扭張裂隙，成為導水帶。因此，對勒曲藏布中段及附近的聚集水體而言，考慮到地表水體總體向S的流動和滲透，S傾逆斷層F4、F6以及N傾逆斷層F2在一定程度上具有“擋水”作用，能將向下滲透的水體相對穩(wěn)定地封閉在這一區(qū)域，而正斷層F3則可提供更為直接的流體下滲通道，有利于水體的快速滲透，從而觸發(fā)地震活動，圖11 中沿F3存在相對密集的地震線性展布也說明了這一觀點。這是波密震群區(qū)域地震始終集中在一個小區(qū)域，且地震于每年雨季反復發(fā)生的第3個重要原因。

上述觀點還可得到地震觀測資料的印證。2020年波密震群自2020年7月19日開始至8月19日結束，盡管不同時期的地震空間分布主體區(qū)域基本重疊，但如圖3 所示，相對于前一時段(7月19日—8月1日，偏藍色)，后一時段(8月8—19日，偏紅色)地震分布的南邊界似有向SE擴展的特點，這與勒曲藏布中段區(qū)域地勢北高南低、地面水體隨時間自北向南流動的方向一致，也顯示出地下流體擴散前鋒隨時間向S擴展及流體擴散對地震活動的影響。此外，該區(qū)域ML≥4.0地震的震源機制解主要以拉張及逆沖型破裂為主，且不論逆沖型地震還是正斷型地震，均以節(jié)面走向為近EW向的震源機制居多(表1，圖2)，這與F3斷層正斷、F4斷層逆斷、兩者走向均為近EW向展布這一地震密集區(qū)域主要斷層的幾何特征相吻合。從圖2 所示的震源機制隨時間的變化還可看出，震群活動前期震源機制總體較為紊亂，但逆沖型破裂相對較多，而自2020年7月29日之后張性破裂數(shù)量明顯增多。這意味著，由于季節(jié)性降水等因素的影響，北部的F4逆斷層先開始活動，之后隨著流體前鋒的S向擴展，南部的F3張性斷層體系開始活動并成為后期地震的主要活動場所，從而導致后期張性震源機制所占比例明顯增加。這一現(xiàn)象也進一步顯示了該區(qū)域季節(jié)性降水顯著增加及流體自北至南的運移過程對地震活動的動態(tài)影響。

4 季節(jié)性水位漲落導致的地下孔隙壓力變化

流體觸發(fā)地震活動主要緣于地表水體載荷變化和流體滲透的影響(Goughetal.，1976)。地表水體載荷的影響是使水體下方趨于穩(wěn)定(Goughetal.，1970a，b；Beck，1976；Withersetal.，1978)，并且相對于地體靜壓力而言，季節(jié)性降水導致的地表水體載荷極小，因而下文將重點討論流體滲透的影響，而這主要與孔隙壓力擴散有關(Talwani，1997；Chenetal.，2001)。

裂隙或斷層面上的摩擦強度由庫侖失穩(wěn)準則決定(Belletal.，1978)：

S=S0+μ(σn-p)-τ

(1)

其中，S0為內(nèi)聚力，μ為摩擦系數(shù)，σn和τ分別為裂隙或斷層面上的正應力和剪應力，p為孔隙壓力。由式(1)可見，孔隙壓力p增加的結果是使有效強度降低，從而導致裂隙或斷層破壞，觸發(fā)微震活動。破碎帶、裂隙、斷層等結構面是孔隙水或孔隙壓力擴散的優(yōu)先通道(Witherspoonetal.，1977)。換言之，短時間內(nèi)的強降水和升溫融雪等形成的地表聚集水體在重力和水體壓力作用下，通過斷層、裂隙及巖石孔隙向地下深處滲透，這種滲透作用不僅改變了巖石強度、巖石孔隙和巖體裂隙形狀，更改變了巖體內(nèi)部或裂隙結構面上的應力狀態(tài)，即流體導致孔隙壓力增加，減小了裂隙或斷層面上的有效正應力(Pradeepetal.，1984)。

假設研究對象是充滿流體的微裂隙，并且微裂隙的滲透率比周圍巖石滲透率大得多，這種條件下所有流體壓力都將被局限在微裂隙內(nèi)部(Talwanietal.，2007)。由于水飽和裂隙中的應力非常大，因而很小的流體壓力變化即有可能觸發(fā)地震(Townendetal.，2000)。對于沿狹窄裂隙面的一維孔隙壓力擴散過程，完全耦合的一維孔隙壓力擴散方程的解為(Roeloffs，1988)

(2)

式中，p(z，t)為由于流體滲透導致的t時刻在深度z處的孔隙壓力，t是自流體擴散開始的時間。

式(2)右側第1項表示微裂隙在t=0時刻無排水響應及之后的時段(t>0)的孔隙彈性松弛，第2項為深度z處由于流體擴散引起的孔隙壓力。根據(jù)誤差函數(shù)erf和誤差補余函數(shù)erfc的性質(zhì)，在地表(z=0)始終有p(0，t)=p0。在起始時刻(t=0)，p(z，0)=αp0，為因水體載荷壓縮所產(chǎn)生的不排水效應；當時間足夠長后(t∞)，p(z，t)p0，為因擴散產(chǎn)生的排水效應。C為水力擴散系數(shù)，與巖石和流體的性質(zhì)有關，C=k/(φηβ)，其中k為巖石滲透率，具有長度平方的量綱；η為孔隙流體黏度，β是流體的有效壓縮率，對水而言，η=10-9MPa·s、β=3×10-4MPa-1；φ是破碎巖石孔積率，介于10-2～10-3之間，一般取3×10-3(Braceetal.，1980；Brace，1984)。在理論模擬研究中，對應于滲透性較低、一般及較高3種情形，一般取C為0.1m2/s、1m2/s及10m2/s(Rajendranetal.，1992)。在本文中，由于波密震群區(qū)域為砂巖類巖石且具有多條近EW向的斷層分布，因而可考慮該區(qū)介質(zhì)具有較高的透水性，取C=10m2/s。α=B(1+vu)/[3(1-vu)]，B為Skempton系數(shù)，vu為無排水的泊松比，一般取B=0.7、vu=0.3。p0為因短時間內(nèi)地表水位上升，在t=0時刻產(chǎn)生的地表壓力。當t<0時，p0=0；當t≥0時，p0=ρgh0。ρ、g、h0分別為水密度、重力加速度和地表水體深度，ρ=1000kg/m3、g=9.8m/s2。真實地表水體深度h0的準確獲取非常困難，一般考慮平均疊加效果，如Andajani等(2020)通過波速變化研究降雨對地殼介質(zhì)孔隙壓的影響時，將過去365d因降水導致的孔隙壓力變化疊加作為當前的孔隙壓力變化，之后再逐日滑動。在本文中，由于波密震群區(qū)域所在的勒曲藏布中段人跡罕至，缺乏詳細的資料，因而作如下簡化處理：

(1)根據(jù)藏東南站記錄，2007年以來有顯著地震活動的2010年、2012年、2015年、2017年、2019年和2020年這6年1—6月的累計降水量平均約為0.5m(495.5mm)，以此作為上半年降雨導致的水位升高。

圖12 地下不同深度處孔隙壓力隨時間的變化(藍色曲線)Fig.12 Variations of pore pressures at different depths with the time(blue curve).紅色水平點線指示孔隙壓力p=0.0118MPa，通過不同深度孔隙壓力曲線與紅色水平點線相交的位置，可粗略確定該深度處p≥0.0118MPa的起始時間；“×”號為1970年以來有震群活動的年份中ML≥4.0地震開始的時間，從上到下依時間順序 排列，地震年份寫于其后，括號內(nèi)為該震群ML≥4.0地震的頻次及最大震級

(2)依據(jù)勒曲藏布嘎不同觀測站資料的分析結果(楊錫金，1985)，在勒曲藏布自然徑流組成中，降雨、地下水位抬升、升溫融雪所占的補給比例分別約為34%、16%和50%，類比降雨導致的水位升高量可知，地下水和升溫融雪補給導致的水位升高分別約為0.24m和0.73m，據(jù)此粗略認為，勒曲藏布上半年截至6月底的地表水體深度升高量h0=0.5m+0.24m+0.73m≈1.5m。

把上半年由于降雨、地下水位抬升、升溫融雪等導致的累計水體增加簡化為t=0時刻(設7月1日)的地表水體加載，并由式(2)計算不同深度孔隙壓力隨時間的變化，如圖12 所示。從圖中可見，該過程有2個顯著特點：1)越淺的部位孔隙壓力增加越快；2)在有限的深度范圍內(nèi)，一定時間之后孔隙壓力p(z，t)趨于常數(shù)，孔隙壓力變化Δp趨于0。

在庫侖應力變化觸發(fā)地震活動的相關研究中，一般認為臨界狀態(tài)下0.01～0.1MPa的庫侖應力增加即有可能觸發(fā)地震(Reasenbergetal.，1992；Kingetal.，1994；Hardebecketal.，1998；Harrisetal.，1998；Stein，1999)，參考這一數(shù)值，考慮0.01MPa的強度降低且假定式(1)中強度S的降低完全由于孔隙壓力p增加所致，簡單地取μ=0.85(陳颙等，2009)，則|ΔS|≥0.01MPa對應Δp≥0.0118MPa(蔣海昆等，2011)。如前文所述，式(2)中的p(z，t)為因地表水體增加通過流體滲透導致的t時刻、地下深度z處的孔隙壓力，故其在數(shù)值上即等于此處的Δp。

依據(jù)2020年波密震群CAP震源機制及深度聯(lián)合反演結果(表1)，其矩心深度分布在2～5km范圍，在3～4km處相對集中。由于震級較低，矩心深度與破裂起始點深度基本一致。由圖12 可見，在地震分布的2～4km深度范圍內(nèi)，Δp≥0.0118MPa開始的時間介于10～45d(圖12 中的陰影區(qū)所示)，越深處孔隙壓力增大到Δp≥0.0118MPa所需的時間越長。圖12 還給出了波密震群區(qū)域自1970年以來有震群活動(簡單約定為至少有2次及以上ML≥4.0地震)的12個年份中ML≥4.0地震開始活動的時間，可見絕大多數(shù)與陰影區(qū)所示時間范圍相吻合。這一不同深度孔隙壓力變化與地震發(fā)生時間之間的相關性特征，說明了孔隙壓力增大對地震活動的觸發(fā)作用，也進一步佐證了波密震群區(qū)域的地震活動確實與流體滲透導致的孔隙壓力增大相關。

5 結論與討論

(1)2020年7—8月西藏波密易貢鄉(xiāng)發(fā)生顯著震群，其中震級較高的地震數(shù)量偏多，前期震源機制以逆沖兼走滑為主，后期基本上為近EW向的張性破裂。在1個月時間內(nèi)共記錄ML≥2.0地震62次，其中3.0～3.9級28次、4.0～5.9級25次，最大為ML4.9地震。波密震群大、小地震比例失衡，較高震級的地震數(shù)量偏多，G-R關系的比例系數(shù)b≈0.3，明顯低于全球絕大多數(shù)地震序列約1.0的b值分布。大約以2020年7月27—28日為界，此前的震源機制以逆沖兼走滑為主，節(jié)面走向總體較為紊亂；之后階段的震源機制基本為近EW向的張性破裂，一致性較好。

(2)波密震群區(qū)域地震活動的空間位置集中，時間基本集中于7、8月。1970年有儀器記錄以來的資料分析顯示，盡管監(jiān)測能力較低、定位誤差較大，但波密震群區(qū)域的地震基本集中分布于15km×20km的極小區(qū)域范圍。該局部區(qū)域的地震活動有3個特點：1)有震年份的最大地震震級基本穩(wěn)定在ML4.5～5.0之間，年均地震能量釋放大體上相當于1次ML4.9地震；2)地震主要集中于7、8月份發(fā)生；3)1970年以來約35%的年份有地震活動。

(3)波密震群區(qū)域地震活動與上半年降水規(guī)模及降水過程關系密切。有震年顯著震群發(fā)生于降水量峰值時段，震群活動起始于當年首次較顯著降水過程結束之后。進一步定量分析顯示，地震活動水平與規(guī)模以上降水開始時間早晚、上半年規(guī)模以上降水天數(shù)、規(guī)模以上降水開始至地震之間的時間間隔、4—6月的月降水量增加速率及6月預期降水量呈正相關。這意味著對于有震年份，上半年更大規(guī)模的降水量、更長時間的降水過程以及更快的降水量增加速率，更有利于觸發(fā)顯著地震活動。

地震密集分布區(qū)域的巖性以石英砂巖、粉砂巖為主，而周邊北側、東側、西側分別出露花崗巖類、灰?guī)r類巖石，相對而言砂巖類巖石具有更高的滲透率，便于流體快速滲透引起地下介質(zhì)孔隙壓力增加，從而觸發(fā)地震活動，這是該區(qū)域地震密集分布的另一個重要原因。

地震密集分布區(qū)域受幾條相對較大的斷裂構造所圍限。從較大范圍來看，地震在南、北兩側主要介于F2和F6之間，東、西兩側主要介于F5和F7之間。從更密集的地震分布區(qū)域來看，北側更多地受限于近EW向的F4，南側受限于近EW向的F3。北側的F4為S傾逆斷層，南側的F3為N傾正斷層，因而地震密集區(qū)域大體上位于S傾逆斷層F4的上盤，亦為N傾正斷層F3的上盤，對聚集水體過程而言類似一個上寬下窄的漏斗狀構造，斷層在一定程度上具有“擋水”作用，將地表聚集下滲的水體相對穩(wěn)定地封閉在一個較小的區(qū)域。同時，斷層尤其是正斷層則提供了更為直接的流體下滲通道，有利于流體快速滲透從而觸發(fā)地震活動，這是該區(qū)域的地震始終集中在一個小區(qū)域密集發(fā)生的最主要原因。2020年波密震群較大地震的震源機制解隨時間變化所揭示的斷層活動性質(zhì)也支持這一觀點。

(5)是否發(fā)生顯著震群活動與該年度的降水規(guī)模及降水時間進程明顯相關。波密震群區(qū)域有震年份的地震活動水平與上半年降水規(guī)模及降水過程關系密切。但實際上，1970—2020年共計51a中僅18a有震群或顯著地震活動(圖5)，自2007年有降水量記錄以來的14a間也僅6a有顯著震群活動(圖7)。利用2007年以來的降水及地震活動資料對有震、無震2類樣本進行對比可知，若全年及上半年累積降水量較大(分別大于850mm和400mm，圖13a，b)、4月之前較為干旱(3月累積降水量p0<50mm，圖13c)、4—6月降水量增加速率較快(k>0.8，圖13d)及6月的預期降水量較高(p大于規(guī)模以上降水量142mm/月，圖13e)，則出現(xiàn)震群或顯著地震活動的可能性明顯增大。這意味著從降水規(guī)模來看，全年尤其是上半年具有較大的降水規(guī)?？赡苁钱斈臧l(fā)生震群或顯著地震活動的基本條件；從降水過程來看，在前期干旱少雨的基礎上(p0偏低)，4—6月雨季起始階段降水量增加速率的快速增大(k偏高)以及年中(6月)預期降水量相對較大(p偏高)，將使當年發(fā)生震群或顯著地震活動的可能性進一步增大。從統(tǒng)計的角度來看，表征降水規(guī)模和降雨過程的幾個因素可能共同控制或影響著當年是否發(fā)生震群或顯著地震活動，如雖然2019年降雨規(guī)模并不大(圖13a，b，e)，2010年旱季也未達到所謂“足夠旱”的指標(圖13c)，但當年卻均有震群活動；2016年僅旱季不足夠干旱(p0偏高，圖13e)，而其他因素均符合有利于發(fā)生震群或顯著地震活動的統(tǒng)計條件，但該年度卻沒有地震活動。這表明，除上述主要影響因素外，還有其他因素可能影響波密震群區(qū)域的地震活動，地震的觸發(fā)因素非常復雜。

圖13 有震、無震年份的降水量特征對比Fig.13 Comparison on characteristics of precipitation in years with and without earthquake activities.a 年累計降水量；b 上半年累計降水量；c 4—6月月降水量變化p=p0+kΔt線性擬合參數(shù)p0值；d k值；e 6月預期降水量p值?！啊痢碧枮橛姓鹉?，圓點為無震年。6月預期降水量p由p=p0+kΔt計算得到；Δt=91，為4月1日—6月30日的天數(shù)

(6)波密震群區(qū)域每年7、8月的震群活動與易貢湖的水位變化關系不大。針對波密震群區(qū)域地震活動的季節(jié)性特點，此前有研究認為可能緣于附近易貢湖每年的水位漲落(Mukhopadhyayetal.，2015)。易貢湖是易貢藏布上的一個冰川堰塞湖，湖面面積約為20km2，海拔高程約為2200m(9)https：∥baike.so.com/doc/1216059-1286336.html。。易貢湖位于波密震群區(qū)域的南側，直線距離約為10km(圖11)。由于未能收集到易貢湖的相關數(shù)據(jù)，無法開展定量分析，但有一個顯著事件可間接說明波密震群區(qū)域地震活動與易貢湖水位變化關系不大。2000年4月9日，易貢湖下游出水口札木弄溝發(fā)生巖體高位崩塌，崩滑山體約3億立方米，并形成一個長約3km、寬1.5km、最高處達90m、面積約為2.4km2的天然大壩，完全堵塞易貢湖湖口。湖水位每天上漲0.5m，至6月已形成一個湖面面積約34km2、蓄水量超過30億立方米的堰塞湖，湖水位總共上升約60m。2000年6月10日堰塞湖潰決，瞬間最大流量為12.6萬立方米/秒，2天多時間內(nèi)傾瀉約30多億立方米的水量(10)https：∥www.sohu.com/a/399185539＿120704507。。該次特大山體滑坡使得2000年4—6月易貢湖水位和淹沒區(qū)面積遠大于常年變化，但該年度波密震群區(qū)域并無地震發(fā)生(圖5)。據(jù)此來看，易貢湖水位變化可能不是波密震群區(qū)域地震活動的主要影響因素。

(7)地表水體聚集—流體下滲—孔隙壓力增加—斷層或裂隙強度降低—地震活動，這是波密震群區(qū)域地震活動的主要原因。綜合考慮上半年累計降水、地下水位抬升和升溫融雪對地表水位升高的貢獻，并計算不同深度處的孔隙壓力隨時間的變化。假定斷層或裂隙強度的降低完全緣于孔隙壓力的增加，則由于流體滲透使2～4km深度范圍(大多數(shù)地震的震源深度范圍，表1)的孔隙壓力增加、從而導致介質(zhì)強度降低超過0.01MPa所需的時間為10～45d(自7月1日起算)，這與波密震群區(qū)域絕大多數(shù)震群或顯著地震活動開始的時間相吻合。這意味著波密震群區(qū)域季節(jié)性地震活動的最主要觸發(fā)因素，可解釋為與季節(jié)性降雨及季節(jié)性升溫融雪引起的地表水體聚集、滲透所導致的地下孔隙壓力增加。勒曲藏布中段的地理地貌、水系分布、介質(zhì)巖性及斷層分布，使得該局部區(qū)域成為流體觸發(fā)的地震的集中活動場所。

(8)由于資料限制，本文未能應用與氣溫變化相關的觀測資料開展分析。但事實上，無論是季節(jié)特征非常明顯的降雨和升溫融雪以及長時期持續(xù)的冰川消融過程(冀琴等，2014)，其對波密震群區(qū)域地震活動的影響最終還是歸結為流體滲透導致的孔隙壓力變化，降雨或升溫融雪只是不同的流體來源。由于波密震群區(qū)域的地震活動均集中于每年7、8月降雨最大、溫度最高的時段發(fā)生，因而從時間關聯(lián)性的角度來看，地震活動與降雨和升溫融雪關系最為密切。冰川消融是一個長時期持續(xù)不斷的過程(冀琴等，2014)，由于沒有更多的數(shù)據(jù)，本文未有涉及。從降雨和升溫融雪兩者的作用對比來看，根據(jù)楊錫金(1985)對勒曲藏布自然徑流組成的研究結果，降雨、地下水位抬升、升溫融雪所占補給的比例分別約為34%、16%和50%，可見平均來看流體來源中升溫融雪所占比例大于降雨，但該區(qū)域每年最高溫度出現(xiàn)在7、8月，與最大降雨同時期，且每年溫度變化非常一致(圖7)，且從圖8 來看地震活動對降雨的即時響應特征則非常明顯。這意味著，針對觸發(fā)波密震群地震活動的流體作用而言，流體來源規(guī)模中升溫融雪占較大比例，但從地震觸發(fā)的即時響應來看，降雨帶來的影響則較為明顯。因此，對波密震群地震活動的流體觸發(fā)，可能來自于降雨與升溫融雪的共同作用。

致謝本文使用了中國科學院青藏所高山環(huán)境綜合觀測研究站的降雨量等氣象記錄資料，經(jīng)同意使用了中國地震臺網(wǎng)中心預警速報部產(chǎn)出的震源機制解結果；李營研究員、孟令媛研究員、李勝樂研究員、高錦瑞高級工程師在資料收集方面提供了幫助；本文的通訊作者有幸參加了中國地震局地震預測研究所組織的波密震區(qū)考察，與楊攀新研究員、王永杰站長等進行了有益的交流和討論；審稿專家提出了中肯的修改意見和建議。在此一并表示感謝！