西藏波密的地震活动及季节性降雨的触发作用

李梦圆 蒋海昆 宋 金 王锦红

1)中国地震局地震预测研究所，100036 北京

2)中国地震台网中心，100045 北京

0 引言

2020年7月19日西藏波密易贡乡发生ML4.9显著震群(以下简称波密震群)，短短1个月时间内相继发生20多次ML≥4.0地震。波密震群距离2017年11月18日米林MS6.9 地震震中约70km，加上震中附近人员分布相对密集、震感强烈，这一短时间内持续不断的中等地震活动引起了广泛关注。中国地震台网中心在震情跟踪过程中，参考以往研究(Mukhopadhyayetal.，2015)，初步怀疑其与震区附近的易贡湖水位变化有关(1)中国地震台网中心，震情会商讨论，2020年7月26日。。

流体在触发局部地震活动方面具有重要作用。人为因素导致的孔隙流体压力变化，如水库蓄水(Pradeepetal.，1984；Roeloffs，1988；Gupta，2002)、加压注水或深部流体运移(Akietal.，1982；刁守中等，1990；Zobacketal.，1997；Phillips，2000；Leietal.，2020；张捷等，2021)等均可触发地震活动。季节性天然因素引起地表载荷或地下孔隙压力变化从而触发地震的例子也并不罕见，国内外对地下水位季节变化、降雪加载等引起的周期性地震活动变化(Matsumura，1986；Rothetal.，1992；Saaretal.，2003；Bollingeretal.，2007；Bettinellietal.，2008；Heki，2013；Johnsonetal.，2017；Uedaetal.，2019；王晨旭等，2020；Hsuetal.，2021)或短时暴雨触发的地震活动显著增强现象(Rothetal.，1992；Jimenezetal.，2000；Hainazletal.，2006；Kraftetal.，2006；Husenetal.，2007；蒋海昆等，2011)已有诸多研究。即便是针对本文所述的波密震群所在区域以往的震群活动，也已有研究认为其与周期性的孔隙压力变化有关(Mukhopadhyayetal.，2015)。

在以往研究的基础上，本文简要介绍2020年波密震群及该区域以往地震活动的特征；结合季节性降水过程、地理地貌和水系分布、介质岩性及断层构造等因素，着重分析该局部区域的地震活动与季节性降水等过程的相关性，并结合一维孔隙压力扩散模拟结果讨论震群活动可能的机理。

1 波密震群区域构造环境及地震活动特征

1.1 区域构造环境

2020年波密震群位于嘉黎断裂带北侧(图1 中的方框，下文简称方框内的区域为“波密震群区域”)。嘉黎断裂带位于南迦巴瓦构造结的东北侧，是一条走向 N60°W 、长约600km、宽3～7km、以右旋走滑为主的断裂带(李鸿儒等，2021)。嘉黎断裂带晚第四纪以来具有明显的分段运动特征(宋键等，2011)：东构造结以西的嘉黎断裂带西北段为右旋挤压运动，走滑速率为3.2～5.8mm/a；东构造结顶端的易贡—通麦段为嘉黎断裂带的中段，主要沿易贡藏布河谷展布，走向近NWW，呈弱右旋挤压运动，走滑速率为1.3～2.0mm/a；东南段具有左旋挤压运动特征，走滑速率为3.7～4.0mm/a。波密震群所在的嘉黎断裂带中段的走滑运动弱于东南段及西北段，走滑速率仅为其东南段和西北段的 1/3 和1/2，且是嘉黎断层带运动旋性发生转换的区段，构造运动复杂。嘉黎断裂带南侧曾于2017年11月18日发生米林MS6.9 地震，米林地震为走向近NW、具有S倾特征的逆冲型破裂(白玲等，2017)，余震分布尺度约40km(韩佳东等，2019)。米林地震是图1 所示区域有记载以来的最大地震，其破裂起始点距离嘉黎断裂带约44km。由图1 中的构造及地震分布可见，波密震群区域的地震活动既非嘉黎断裂带主断裂活动的结果，也与米林地震余震活动无关，看不出它们之间存在明显的构造关联。

图1 波密震群(图中方框所示)附近区域的主要断层及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.图中方框为

1.2 2020年波密震群活动的特点

据中国地震台网中心统一编目数据库可知，2020年7月19日—8月19日期间，在波密震群区域共记录到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，震级最大的为2020年7月19日18时15分发生的ML4.9地震。2020年波密震群活动在时间上可分为2020年7月19日—8月1日及2020年8月8—19日2个密集时段(图2)，2个时段的持续时间大体相当，分别约为13d和12d。检索图1 方框区域内2020年1月1日—12月31日记录到的ML≥0.0地震，发现除图2 所示的发生于7—8月的波密震群外，其他时段仅发生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年该局部区域的绝大多数地震集中于7、8月发生。

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

图3 2020年波密震群ML≥2.0地震的空间分布(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级主要集中在约ML3.0和约ML4.5 2个区间(图4a)，其中ML3.0与该区域当前地震监测的最小完备性震级大体相当(2)中国地震台网中心，西藏地震局，青海地震局，等，2019，青藏高原监测能力提升项目初步设计，青藏地区现有台站监控能力图(图3-1)。。可见，2020年波密震群较高震级地震的数量偏多。以0.5级为震级间隔粗略统计得到的G-R关系的比例系数b≈0.3(图4b)，明显低于全球绝大多数地震序列b≈1.0的分布特征(Kisslinger，1991；Utsu，2002；Godanoetal.，2014)。

图4 2020年波密震群(2020年7月18日—8月19日)的频次-震级统计(a)及G-R关系(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地震及震源机制(据中国地震台网中心预警速报部)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次地震的震源机制解和矩心深度(表1)，占同等震级地震的80%(20/25)，具有一定的代表性。波密震群震源机制解的一个显著特点是：约以2020年7月27—28日为界，之前地震的震源机制以逆冲兼走滑为主，节面走向较为紊乱，但近EW及近NW向的节面相对较多；之后的震源机制则基本为近EW向的张性破裂，一致性较好(图2)。

1.3 波密震群区域历史地震活动特点

图5 为波密震群区域1970年以来ML≥2.0地震的M-t图。考虑最小完备性震级影响，主要对ML≥4.0的地震进行分析。宏观来看该小区域的地震活动有以下特点：

图5 波密震群区域1970年以来ML≥2.0地震的M-t图Fig.5 M-t diagram of earthquake with ML≥2.0 in Bomi swarm region since 1970.

(1)年最大地震震级基本稳定在ML4.5～5.0之间，但年累计地震能量释放差异较大。基于1970年以来ML≥4.0地震计算的年均地震能量释放约为Eave=280215898665J/a，大体上相当于每年发生1次ML4.9地震。引入每年累计地震能量释放Ei与Eave的比值NCSER，从地震能量释放的角度衡量每年的地震活动相对于长期平均活动水平的高低，NCSER=Ei/Eave越大，表明该年度累计地震能量释放越强烈、地震活动水平越高。1970年以来该区的NCSER介于0～10.9之间，表明各年份累计地震能量释放差异较大。

(2)并非每年都有震群或显著地震发生。1970—2020年共计51a，其中18a有显著震群或ML≥4.0地震发生(图5)，约占全部时段的35%。此外由图5 还可以看出，1973—1995年、2010—2020年2个时段的震群或显著地震相对活跃，1996—2009年则出现明显的地震活动平静期。由于自20世纪70年代以来该区域的地震监测能力始终持续缓慢提升，故1996—2009年期间的地震平静显然不是由于监测能力变化所致，这种大时间尺度的活跃-平静特征究竟缘于何种原因，尚需深入研究。

(3)地震基本集中在当年的7、8月份密集发生。与2020年波密震群活动的特点类似，该局部区域历史地震活动主要集中于当年的7、8月发生。分震级段统计结果显示(图6)，1—6月偶尔有个别小地震发生，7、8月各震级段地震的频次均显著升高，ML3.0～3.9、ML≥4.0地震频次的升高最为明显。9月之后各震级段的地震频次迅速降低，但ML≥4.0地震的频次具有逐渐降低的特点，显示出流体等外因作用的滞后影响效应(王志伟，2020)。

图6 1970年以来波密震群区域按月统计的地震频次Fig.6 Monthly earthquake frequency in Bomi swarm region since 1970.

2 波密震群区域的地震活动与降水之间的关系研究

波密震群区域的地震集中在当年7、8月份频繁发生这一现象(图6)，让人联想到温度、降雨等循环往复的四季更替规律，而事实也正是如此。从大区域来看，西藏每年4—6月属于雨季前夕，降雨量较小，6月底—7月初开始进入雨季高峰，降雨量大，每年8月底雨季基本结束，即每年7、8月份是西藏的雨季高峰(3)https：∥www.tibetcn.com/wenda/6240.html。。从波密震群所在的林芝地区1971—2000年的气象观测资料来看，每年7、8月份是降雨量最大、气温最高的时段(4)https：∥www.tianqi.com/qiwen/city-linzhi-8/。。

为研究降水等气象因素对波密震群区域地震活动可能造成的影响，本文参考Andajani等(2020)的做法以获取震中附近区域的降水资料。Andajani等(2020)在通过波速变化研究降水对地壳介质孔隙压力影响的工作中，使用台站附近40km范围内降雨量记录的平均值作为台站处的降雨量。在本文中，由于气象观测资料有限，仅粗略地以中国科学院青藏高原研究所高山环境综合观测研究站(以下简称藏东南站)记录的资料作为波密震群区域的相关气象数据开展研究。藏东南站位于林芝市巴宜区鲁朗镇，海拔3326m，距波密震群中心约65km。藏东南站的观测环境较好，自2007年以来一直有连续的气象记录，其中温度、降雨量和气压分别采用美国Campbell SCI公司的HMP45C-GM温湿度传感器、荷兰Vaisals公司的RG13H雨量桶和PTB220A气压计进行自动观测和连续记录，观测采样周期均为10min。

图7 藏东南站30日累计、1日滑动的降水量(a)、气温(b)曲线及波密震群区域ML≥2.0地震的M-t图(蓝色)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).

图7 为藏东南站记录的降水量及气温变化与波密震群区域地震活动的直观对比。不同年份的降水量有一定差异，显著震群发生于降水量的峰值时段，并且似乎都起始于当年第1次显著降水之后(图7a，8)，这意味着短时间内较大规模的集中降水对该局部区域的地震活动具有统计可信的触发特征。气温变化具有较好的年变特征，气温峰值时段与震群活动有较好的时间对应(图7b)。由于缺乏准确的高山融雪及冰川消融等相关数据，以下先着重考察降水与地震活动的关系。

藏东南站自2007年以来有完备的气象记录资料。在2007—2020年这14a中，波密震群区域仅于2010年、2012年、2015年、2017年、2019年和2020年这6个年份发生显著震群(图5)。且这6个有震年份每年最大地震的震级介于ML4.5～5.1之间，其中2010年和2020年地震的震级最大；每年ML≥4.0地震的频次介于2～22次之间，其中2015年和2020年的频次最高；每年ML≥4.0地震的持续活动时间介于3.7～29.3d，其中2015年和2020年的持续时间最长；每年归一化累计地震能量释放NCSER值介于0.56～6.93之间，其中2010年和2020年最大，2012年和2017年最小，2015年和2019年居中(图9)。下文将着重讨论波密震群区域的地震活动与降水规模及降水过程的明显关联性特征。

2.1 震群活动一般起始于当年首次较显著降水过程结束之后

图8 2007年以来有震年份的月降水量变化(黑)及波密震群区域ML≥2.0地震的M-t图(蓝)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).月降水量为30日累计、1日滑动计算结果；水平虚线为2007—2020年月降水量均值倍标准差，约为142mm

2.2 地震活动水平与当年规模以上降水开始时间的早晚、上半年规模以上降水的天数、规模以上降水至地震之间的时间间隔呈正相关

定量统计结果显示，以NCSER表征的地震活动水平与规模以上降水开始时间的早晚(图9a)、上半年规模以上降水的天数(图9b)和规模以上降水至地震之间的时间间隔(图9c)等表征降水规模和降水过程的参数呈正相关。例如，2010年和2020年规模以上降水开始的时间明显超前于其他年份，5月下旬即已开始，而这2年的地震活动水平也最高；2012年、2017年和2019年规模以上降水开始的时间明显较晚，起始于6月下旬—7月上旬，其地震活动也相对较弱；2015年规模以上降水于6月上旬开始，开始时间居中，其地震活动水平低于2010年和2020年，高于2012年、2017年和2019年(图9a)。同样，上半年规模以上降水天数越多，则当年的地震活动水平越高(图9b)。把每年规模以上降水开始的时间(图9a 中的“×”)对齐(图9c)，可见规模以上降水开始至首次ML≥4.0地震之间的时间间隔(蓝色水平条)可明显分为2组，一组为2010年和2020年，平均约为(59.0±1.4)d；另一组为2012年、2015年、2017年和2019年，平均约为(40.5±2.4)d。即规模以上降水开始至起始地震活动之间的时间间隔越长，则地震活动水平越高。这意味着，规模以上降水开始时间越早、上半年规模以上降水的天数越多、规模以上降水至地震之间的时间间隔越长，则该年度的地震活动水平越高。其原因在于，更大规模的降水量、更长时间的降水过程(更长的流体渗透时间)更加有利于触发较强的地震活动。

图9 有震年的NCSER与规模以上降水开始的时间(a)、上半年规模以上降水的天数(b)和规模以上降水开始至首次ML≥4.0地震之间时间间隔(c)之间的关系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).“×”为规模以上降水开始时间；阴影为85%置信概率条件下的拟合偏差范围；蓝色水平线为规模以上降水开始至首次ML≥4.0地震之间的时间间隔，红色水平线为ML≥4.0地震活动的持续时间

此外，尽管不同年份规模以上降水开始的时间(图9a)及ML≥4.0地震活动的持续时间(图9a 中水平红线的长度)差异较大，但ML≥4.0地震活动的结束时间却大体同步，基本结束于8月中下旬(图9a)，与年度降水结束的时间基本吻合。

2.3 地震活动水平与4—6月降水量增加速率及6月预期降水量呈正相关

图8 中，各子图的红色虚线为当年4—6月月降水量的线性拟合，p=p0+kΔt，Δt为自4月1日起的天数，p0和k分别为拟合系数。为直观理解，可粗略地将p0视为4月起始时刻(Δt=0)的月降水量，由于采用30日累计、1日滑动的方式进行计算，故p0实际为3月的累计降水量，p0越大则说明4月前已经出现了较大的累计降水；k为4—6月期间月降水量的平均增加速率，k越大意味着该时段月降水量增加越快。结果显示，多数年份的NCSER与p0定性负相关、与k定性正相关，p0越小、k越大，则当年的地震活动水平越高(图10a，b)。NCSER与6月预期降水量p正相关(图10c)，粗略地有NCSER=-6.3863+0.0583p，拟合相关系数R2=0.71，阴影为85%置信概率条件下的拟合波动范围。综合图10 所示的地震活动水平与p0、k、p之间的关系可见，前期越干旱(p0越小)、4月之后月降水量增速越快(k越大)、6月预期降水量(p)越大，则该年度的地震活动水平越高。

图10 NCSER与3月累计降水量p0(a)、4—6月降水量平均增加速率k(b)和6月预期降水量p(c)之间的关系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，为4月1日—6月30日之间的天数

3 地理地貌和地质构造对地震空间分布的制约作用

由上述分析可见，波密震群区域的地震活动受季节性降水的触发影响，地震密集活动的时间及地震活动水平主要受控于季节性降水规模和降水过程。但季节性降水具有流域特征，涉及较大的范围，为什么波密震群区域的地震活动却基本集中在一个非常小的区域(约15km×20km的范围，图2)？下文将主要从水系分布和地理地貌、介质岩性及断层构造等方面对该问题进行探讨。

3.1 水系分布及地理地貌

波密震群区域的地震活动主要集中在近NE向的勒曲藏布(R3)及两侧分支流域，勒曲藏布上游有近NNE向的那果龙藏布(R4)和近NW向的若果藏布(R5)汇入，于下游附近转向SE，与近SEE向的道格藏布(R2)汇合后一并流入易贡湖(图11)。震中附近区域属典型的高山深切峡谷地形(任金卫等，2001)，勒曲藏布流域的海拔约为2400m，而周边常年被冰雪覆盖的高山区域海拔5000～6000m(5)西藏自治区地质调查院，2005年，中华人民共和国地质图(H46C00204)，边坝县幅，1︰25万。。周边分布多条近NW-SE向展布的冰川，例如若果藏布(R5)水流主要来源于其上游的若果冰川，在若果冰川西侧至色拉贡巴-汤木拉断裂(F7)之间的区域还分布有恰青冰川和贡普冰川①，故除季节性降水外，季节性气温变化导致的升温融雪和冰川消融也是非常重要的地表流体来源(杨锡金，1985；沈大军等，1996)。从经过震中区域并与勒曲藏布大体垂直的等高线剖线(6)谷歌数字影像及谷歌数字等高线。来看，勒曲藏布流域的北侧山体更为陡峭，因而水体总体有由北往南流动、渗透的特点。据此，地震集中分布的勒曲藏布(R3)及分支流域于每年7、8月成为周边水体快速汇聚的区域，从而为流体触发地震活动提供了最重要的基础条件，这是该局部区域每年7、8月地震密集发生的一个重要原因。图11 中，沿道格藏布(R2)分布的地震也从另一个侧面印证了该区域流体对地震空间分布的制约和控制作用。

图11 波密震群区域及附近断裂构造、地表岩性、水系及1970年以来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.底图为1︰50万地质图，其中断层F2、F3、F4和F7的相关信息来自1︰25万地质图(7)西藏自治区地质调查院，2005年，中华人民共和国地质图(H46C00204)，边坝县幅，1︰25万。。棕色线条为断层，断层的性质标注于图中(未标注者为性质不明)。粗线条为证据明确的活动断裂；高山常年被冰雪覆盖区域的断层为推测结果，用间断线表示。F1嘉黎-易贡藏布断裂，右旋走滑；F2宗本-泽普断裂，N倾逆断；F3未命名断层，N倾正断；F4未命名断层，S倾逆断；F5未命名断层，性质不明；F6隆格尔-纳木错-仲沙断裂，S倾逆断；F7色拉贡巴-汤木拉断裂，右旋走滑。R1易贡藏布； R2道格藏布；R3勒曲藏布；R4那果龙藏布；R5若果藏布；YGL易贡湖

3.2 介质岩性及断裂构造

从出露地表的岩性分布来看(图11)，地震密集分布的区域以石英砂岩、粉砂岩为主，而周边北侧、东侧、西侧分别为花岗岩类、灰岩类岩石，砂岩类岩石相对而言具有更高的渗透率，便于流体更快地向下渗透，从而影响介质孔隙压力变化，这是地震在该局部区域密集分布的另一个重要原因。

但从图11 也可看出，与地震密集区域类似的砂岩类岩石分布广泛，但地震却始终仅分布在一个非常小的局部区域内，其原因可能与周围断裂构造的围限作用有关。地震密集分布区域被几条相对较大的断裂所围限(图11)：北部受限于近EW向的隆格尔-纳木错-仲沙断裂(F6)的西延部分，东侧受限于NW向的未命名断层(F5)，南侧受限于近EW向的宗本-泽普断裂(F2)，西部则被NW向的色拉贡巴-汤木拉断裂(F7)所围限。从更密集的地震分布区域来看，北侧似乎更多地受限于近EW向的未命名断层(F4)，南侧则受限于未命名断层(F3)。从断层性质来看，北侧的F4、F6为S倾逆断层，南侧的F2为N倾逆断层、F3为N倾正断层(8)西藏自治区地质调查院，2005年，中华人民共和国地质图(H46C00204)，边坝县幅，1︰25万。，因而地震密集区大体上为S倾逆断层F4的上盘，亦为N倾正断层F3的上盘。一般而言(王大纯等，1995)，张性断层通常具有良好的导水和储水能力；脆性岩层中逆断层的浅部具有导水作用，中心部分则透水性很差，通常具有隔水作用，但断层面的两侧多发育张性较好的扭张裂隙，成为导水带。因此，对勒曲藏布中段及附近的聚集水体而言，考虑到地表水体总体向S的流动和渗透，S倾逆断层F4、F6以及N倾逆断层F2在一定程度上具有“挡水”作用，能将向下渗透的水体相对稳定地封闭在这一区域，而正断层F3则可提供更为直接的流体下渗通道，有利于水体的快速渗透，从而触发地震活动，图11 中沿F3存在相对密集的地震线性展布也说明了这一观点。这是波密震群区域地震始终集中在一个小区域，且地震于每年雨季反复发生的第3个重要原因。

上述观点还可得到地震观测资料的印证。2020年波密震群自2020年7月19日开始至8月19日结束，尽管不同时期的地震空间分布主体区域基本重叠，但如图3 所示，相对于前一时段(7月19日—8月1日，偏蓝色)，后一时段(8月8—19日，偏红色)地震分布的南边界似有向SE扩展的特点，这与勒曲藏布中段区域地势北高南低、地面水体随时间自北向南流动的方向一致，也显示出地下流体扩散前锋随时间向S扩展及流体扩散对地震活动的影响。此外，该区域ML≥4.0地震的震源机制解主要以拉张及逆冲型破裂为主，且不论逆冲型地震还是正断型地震，均以节面走向为近EW向的震源机制居多(表1，图2)，这与F3断层正断、F4断层逆断、两者走向均为近EW向展布这一地震密集区域主要断层的几何特征相吻合。从图2 所示的震源机制随时间的变化还可看出，震群活动前期震源机制总体较为紊乱，但逆冲型破裂相对较多，而自2020年7月29日之后张性破裂数量明显增多。这意味着，由于季节性降水等因素的影响，北部的F4逆断层先开始活动，之后随着流体前锋的S向扩展，南部的F3张性断层体系开始活动并成为后期地震的主要活动场所，从而导致后期张性震源机制所占比例明显增加。这一现象也进一步显示了该区域季节性降水显著增加及流体自北至南的运移过程对地震活动的动态影响。

4 季节性水位涨落导致的地下孔隙压力变化

流体触发地震活动主要缘于地表水体载荷变化和流体渗透的影响(Goughetal.，1976)。地表水体载荷的影响是使水体下方趋于稳定(Goughetal.，1970a，b；Beck，1976；Withersetal.，1978)，并且相对于地体静压力而言，季节性降水导致的地表水体载荷极小，因而下文将重点讨论流体渗透的影响，而这主要与孔隙压力扩散有关(Talwani，1997；Chenetal.，2001)。

裂隙或断层面上的摩擦强度由库仑失稳准则决定(Belletal.，1978)：

S=S0+μ(σn-p)-τ

(1)

其中，S0为内聚力，μ为摩擦系数，σn和τ分别为裂隙或断层面上的正应力和剪应力，p为孔隙压力。由式(1)可见，孔隙压力p增加的结果是使有效强度降低，从而导致裂隙或断层破坏，触发微震活动。破碎带、裂隙、断层等结构面是孔隙水或孔隙压力扩散的优先通道(Witherspoonetal.，1977)。换言之，短时间内的强降水和升温融雪等形成的地表聚集水体在重力和水体压力作用下，通过断层、裂隙及岩石孔隙向地下深处渗透，这种渗透作用不仅改变了岩石强度、岩石孔隙和岩体裂隙形状，更改变了岩体内部或裂隙结构面上的应力状态，即流体导致孔隙压力增加，减小了裂隙或断层面上的有效正应力(Pradeepetal.，1984)。

假设研究对象是充满流体的微裂隙，并且微裂隙的渗透率比周围岩石渗透率大得多，这种条件下所有流体压力都将被局限在微裂隙内部(Talwanietal.，2007)。由于水饱和裂隙中的应力非常大，因而很小的流体压力变化即有可能触发地震(Townendetal.，2000)。对于沿狭窄裂隙面的一维孔隙压力扩散过程，完全耦合的一维孔隙压力扩散方程的解为(Roeloffs，1988)

(2)

式中，p(z，t)为由于流体渗透导致的t时刻在深度z处的孔隙压力，t是自流体扩散开始的时间。

式(2)右侧第1项表示微裂隙在t=0时刻无排水响应及之后的时段(t>0)的孔隙弹性松弛，第2项为深度z处由于流体扩散引起的孔隙压力。根据误差函数erf和误差补余函数erfc的性质，在地表(z=0)始终有p(0，t)=p0。在起始时刻(t=0)，p(z，0)=αp0，为因水体载荷压缩所产生的不排水效应；当时间足够长后(t∞)，p(z，t)p0，为因扩散产生的排水效应。C为水力扩散系数，与岩石和流体的性质有关，C=k/(φηβ)，其中k为岩石渗透率，具有长度平方的量纲；η为孔隙流体黏度，β是流体的有效压缩率，对水而言，η=10-9MPa·s、β=3×10-4MPa-1；φ是破碎岩石孔积率，介于10-2～10-3之间，一般取3×10-3(Braceetal.，1980；Brace，1984)。在理论模拟研究中，对应于渗透性较低、一般及较高3种情形，一般取C为0.1m2/s、1m2/s及10m2/s(Rajendranetal.，1992)。在本文中，由于波密震群区域为砂岩类岩石且具有多条近EW向的断层分布，因而可考虑该区介质具有较高的透水性，取C=10m2/s。α=B(1+vu)/[3(1-vu)]，B为Skempton系数，vu为无排水的泊松比，一般取B=0.7、vu=0.3。p0为因短时间内地表水位上升，在t=0时刻产生的地表压力。当t<0时，p0=0；当t≥0时，p0=ρgh0。ρ、g、h0分别为水密度、重力加速度和地表水体深度，ρ=1000kg/m3、g=9.8m/s2。真实地表水体深度h0的准确获取非常困难，一般考虑平均叠加效果，如Andajani等(2020)通过波速变化研究降雨对地壳介质孔隙压的影响时，将过去365d因降水导致的孔隙压力变化叠加作为当前的孔隙压力变化，之后再逐日滑动。在本文中，由于波密震群区域所在的勒曲藏布中段人迹罕至，缺乏详细的资料，因而作如下简化处理：

(1)根据藏东南站记录，2007年以来有显著地震活动的2010年、2012年、2015年、2017年、2019年和2020年这6年1—6月的累计降水量平均约为0.5m(495.5mm)，以此作为上半年降雨导致的水位升高。

图12 地下不同深度处孔隙压力随时间的变化(蓝色曲线)Fig.12 Variations of pore pressures at different depths with the time(blue curve).红色水平点线指示孔隙压力p=0.0118MPa，通过不同深度孔隙压力曲线与红色水平点线相交的位置，可粗略确定该深度处p≥0.0118MPa的起始时间；“×”号为1970年以来有震群活动的年份中ML≥4.0地震开始的时间，从上到下依时间顺序 排列，地震年份写于其后，括号内为该震群ML≥4.0地震的频次及最大震级

(2)依据勒曲藏布嘎不同观测站资料的分析结果(杨锡金，1985)，在勒曲藏布自然径流组成中，降雨、地下水位抬升、升温融雪所占的补给比例分别约为34%、16%和50%，类比降雨导致的水位升高量可知，地下水和升温融雪补给导致的水位升高分别约为0.24m和0.73m，据此粗略认为，勒曲藏布上半年截至6月底的地表水体深度升高量h0=0.5m+0.24m+0.73m≈1.5m。

把上半年由于降雨、地下水位抬升、升温融雪等导致的累计水体增加简化为t=0时刻(设7月1日)的地表水体加载，并由式(2)计算不同深度孔隙压力随时间的变化，如图12 所示。从图中可见，该过程有2个显著特点：1)越浅的部位孔隙压力增加越快；2)在有限的深度范围内，一定时间之后孔隙压力p(z，t)趋于常数，孔隙压力变化Δp趋于0。

在库仑应力变化触发地震活动的相关研究中，一般认为临界状态下0.01～0.1MPa的库仑应力增加即有可能触发地震(Reasenbergetal.，1992；Kingetal.，1994；Hardebecketal.，1998；Harrisetal.，1998；Stein，1999)，参考这一数值，考虑0.01MPa的强度降低且假定式(1)中强度S的降低完全由于孔隙压力p增加所致，简单地取μ=0.85(陈颙等，2009)，则|ΔS|≥0.01MPa对应Δp≥0.0118MPa(蒋海昆等，2011)。如前文所述，式(2)中的p(z，t)为因地表水体增加通过流体渗透导致的t时刻、地下深度z处的孔隙压力，故其在数值上即等于此处的Δp。

依据2020年波密震群CAP震源机制及深度联合反演结果(表1)，其矩心深度分布在2～5km范围，在3～4km处相对集中。由于震级较低，矩心深度与破裂起始点深度基本一致。由图12 可见，在地震分布的2～4km深度范围内，Δp≥0.0118MPa开始的时间介于10～45d(图12 中的阴影区所示)，越深处孔隙压力增大到Δp≥0.0118MPa所需的时间越长。图12 还给出了波密震群区域自1970年以来有震群活动(简单约定为至少有2次及以上ML≥4.0地震)的12个年份中ML≥4.0地震开始活动的时间，可见绝大多数与阴影区所示时间范围相吻合。这一不同深度孔隙压力变化与地震发生时间之间的相关性特征，说明了孔隙压力增大对地震活动的触发作用，也进一步佐证了波密震群区域的地震活动确实与流体渗透导致的孔隙压力增大相关。

5 结论与讨论

(1)2020年7—8月西藏波密易贡乡发生显著震群，其中震级较高的地震数量偏多，前期震源机制以逆冲兼走滑为主，后期基本上为近EW向的张性破裂。在1个月时间内共记录ML≥2.0地震62次，其中3.0～3.9级28次、4.0～5.9级25次，最大为ML4.9地震。波密震群大、小地震比例失衡，较高震级的地震数量偏多，G-R关系的比例系数b≈0.3，明显低于全球绝大多数地震序列约1.0的b值分布。大约以2020年7月27—28日为界，此前的震源机制以逆冲兼走滑为主，节面走向总体较为紊乱；之后阶段的震源机制基本为近EW向的张性破裂，一致性较好。

(2)波密震群区域地震活动的空间位置集中，时间基本集中于7、8月。1970年有仪器记录以来的资料分析显示，尽管监测能力较低、定位误差较大，但波密震群区域的地震基本集中分布于15km×20km的极小区域范围。该局部区域的地震活动有3个特点：1)有震年份的最大地震震级基本稳定在ML4.5～5.0之间，年均地震能量释放大体上相当于1次ML4.9地震；2)地震主要集中于7、8月份发生；3)1970年以来约35%的年份有地震活动。

(3)波密震群区域地震活动与上半年降水规模及降水过程关系密切。有震年显著震群发生于降水量峰值时段，震群活动起始于当年首次较显著降水过程结束之后。进一步定量分析显示，地震活动水平与规模以上降水开始时间早晚、上半年规模以上降水天数、规模以上降水开始至地震之间的时间间隔、4—6月的月降水量增加速率及6月预期降水量呈正相关。这意味着对于有震年份，上半年更大规模的降水量、更长时间的降水过程以及更快的降水量增加速率，更有利于触发显著地震活动。

地震密集分布区域的岩性以石英砂岩、粉砂岩为主，而周边北侧、东侧、西侧分别出露花岗岩类、灰岩类岩石，相对而言砂岩类岩石具有更高的渗透率，便于流体快速渗透引起地下介质孔隙压力增加，从而触发地震活动，这是该区域地震密集分布的另一个重要原因。

地震密集分布区域受几条相对较大的断裂构造所围限。从较大范围来看，地震在南、北两侧主要介于F2和F6之间，东、西两侧主要介于F5和F7之间。从更密集的地震分布区域来看，北侧更多地受限于近EW向的F4，南侧受限于近EW向的F3。北侧的F4为S倾逆断层，南侧的F3为N倾正断层，因而地震密集区域大体上位于S倾逆断层F4的上盘，亦为N倾正断层F3的上盘，对聚集水体过程而言类似一个上宽下窄的漏斗状构造，断层在一定程度上具有“挡水”作用，将地表聚集下渗的水体相对稳定地封闭在一个较小的区域。同时，断层尤其是正断层则提供了更为直接的流体下渗通道，有利于流体快速渗透从而触发地震活动，这是该区域的地震始终集中在一个小区域密集发生的最主要原因。2020年波密震群较大地震的震源机制解随时间变化所揭示的断层活动性质也支持这一观点。

(5)是否发生显著震群活动与该年度的降水规模及降水时间进程明显相关。波密震群区域有震年份的地震活动水平与上半年降水规模及降水过程关系密切。但实际上，1970—2020年共计51a中仅18a有震群或显著地震活动(图5)，自2007年有降水量记录以来的14a间也仅6a有显著震群活动(图7)。利用2007年以来的降水及地震活动资料对有震、无震2类样本进行对比可知，若全年及上半年累积降水量较大(分别大于850mm和400mm，图13a，b)、4月之前较为干旱(3月累积降水量p0<50mm，图13c)、4—6月降水量增加速率较快(k>0.8，图13d)及6月的预期降水量较高(p大于规模以上降水量142mm/月，图13e)，则出现震群或显著地震活动的可能性明显增大。这意味着从降水规模来看，全年尤其是上半年具有较大的降水规模可能是当年发生震群或显著地震活动的基本条件；从降水过程来看，在前期干旱少雨的基础上(p0偏低)，4—6月雨季起始阶段降水量增加速率的快速增大(k偏高)以及年中(6月)预期降水量相对较大(p偏高)，将使当年发生震群或显著地震活动的可能性进一步增大。从统计的角度来看，表征降水规模和降雨过程的几个因素可能共同控制或影响着当年是否发生震群或显著地震活动，如虽然2019年降雨规模并不大(图13a，b，e)，2010年旱季也未达到所谓“足够旱”的指标(图13c)，但当年却均有震群活动；2016年仅旱季不足够干旱(p0偏高，图13e)，而其他因素均符合有利于发生震群或显著地震活动的统计条件，但该年度却没有地震活动。这表明，除上述主要影响因素外，还有其他因素可能影响波密震群区域的地震活动，地震的触发因素非常复杂。

图13 有震、无震年份的降水量特征对比Fig.13 Comparison on characteristics of precipitation in years with and without earthquake activities.a 年累计降水量；b 上半年累计降水量；c 4—6月月降水量变化p=p0+kΔt线性拟合参数p0值；d k值；e 6月预期降水量p值。“×”号为有震年，圆点为无震年。6月预期降水量p由p=p0+kΔt计算得到；Δt=91，为4月1日—6月30日的天数

(6)波密震群区域每年7、8月的震群活动与易贡湖的水位变化关系不大。针对波密震群区域地震活动的季节性特点，此前有研究认为可能缘于附近易贡湖每年的水位涨落(Mukhopadhyayetal.，2015)。易贡湖是易贡藏布上的一个冰川堰塞湖，湖面面积约为20km2，海拔高程约为2200m(9)https：∥baike.so.com/doc/1216059-1286336.html。。易贡湖位于波密震群区域的南侧，直线距离约为10km(图11)。由于未能收集到易贡湖的相关数据，无法开展定量分析，但有一个显著事件可间接说明波密震群区域地震活动与易贡湖水位变化关系不大。2000年4月9日，易贡湖下游出水口札木弄沟发生岩体高位崩塌，崩滑山体约3亿立方米，并形成一个长约3km、宽1.5km、最高处达90m、面积约为2.4km2的天然大坝，完全堵塞易贡湖湖口。湖水位每天上涨0.5m，至6月已形成一个湖面面积约34km2、蓄水量超过30亿立方米的堰塞湖，湖水位总共上升约60m。2000年6月10日堰塞湖溃决，瞬间最大流量为12.6万立方米/秒，2天多时间内倾泻约30多亿立方米的水量(10)https：∥www.sohu.com/a/399185539＿120704507。。该次特大山体滑坡使得2000年4—6月易贡湖水位和淹没区面积远大于常年变化，但该年度波密震群区域并无地震发生(图5)。据此来看，易贡湖水位变化可能不是波密震群区域地震活动的主要影响因素。

(7)地表水体聚集—流体下渗—孔隙压力增加—断层或裂隙强度降低—地震活动，这是波密震群区域地震活动的主要原因。综合考虑上半年累计降水、地下水位抬升和升温融雪对地表水位升高的贡献，并计算不同深度处的孔隙压力随时间的变化。假定断层或裂隙强度的降低完全缘于孔隙压力的增加，则由于流体渗透使2～4km深度范围(大多数地震的震源深度范围，表1)的孔隙压力增加、从而导致介质强度降低超过0.01MPa所需的时间为10～45d(自7月1日起算)，这与波密震群区域绝大多数震群或显著地震活动开始的时间相吻合。这意味着波密震群区域季节性地震活动的最主要触发因素，可解释为与季节性降雨及季节性升温融雪引起的地表水体聚集、渗透所导致的地下孔隙压力增加。勒曲藏布中段的地理地貌、水系分布、介质岩性及断层分布，使得该局部区域成为流体触发的地震的集中活动场所。

(8)由于资料限制，本文未能应用与气温变化相关的观测资料开展分析。但事实上，无论是季节特征非常明显的降雨和升温融雪以及长时期持续的冰川消融过程(冀琴等，2014)，其对波密震群区域地震活动的影响最终还是归结为流体渗透导致的孔隙压力变化，降雨或升温融雪只是不同的流体来源。由于波密震群区域的地震活动均集中于每年7、8月降雨最大、温度最高的时段发生，因而从时间关联性的角度来看，地震活动与降雨和升温融雪关系最为密切。冰川消融是一个长时期持续不断的过程(冀琴等，2014)，由于没有更多的数据，本文未有涉及。从降雨和升温融雪两者的作用对比来看，根据杨锡金(1985)对勒曲藏布自然径流组成的研究结果，降雨、地下水位抬升、升温融雪所占补给的比例分别约为34%、16%和50%，可见平均来看流体来源中升温融雪所占比例大于降雨，但该区域每年最高温度出现在7、8月，与最大降雨同时期，且每年温度变化非常一致(图7)，且从图8 来看地震活动对降雨的即时响应特征则非常明显。这意味着，针对触发波密震群地震活动的流体作用而言，流体来源规模中升温融雪占较大比例，但从地震触发的即时响应来看，降雨带来的影响则较为明显。因此，对波密震群地震活动的流体触发，可能来自于降雨与升温融雪的共同作用。

致谢本文使用了中国科学院青藏所高山环境综合观测研究站的降雨量等气象记录资料，经同意使用了中国地震台网中心预警速报部产出的震源机制解结果；李营研究员、孟令媛研究员、李胜乐研究员、高锦瑞高级工程师在资料收集方面提供了帮助；本文的通讯作者有幸参加了中国地震局地震预测研究所组织的波密震区考察，与杨攀新研究员、王永杰站长等进行了有益的交流和讨论；审稿专家提出了中肯的修改意见和建议。在此一并表示感谢！