2008年5月12日14时28分在四川省北东向龙门山断裂带发生了8.0级地震. 此次地震不仅在震中所在的龙门山断裂带造成灾难性的破坏，而且在该带以外的很大范围造成破坏和人员伤亡，成为世界历史上震害最为严重的破坏性地震之一.

选取汶川8.0级地震及余震分布的龙门山断裂带和震前小震分布较多的相邻断裂带为研究区域(29°N—33.5°N，101°E—106.5°E). 龙门山构造系及其相邻断裂带名称见图 1所示. 其中龙门山断裂带位于青藏高原与扬子地块挤压拼接的交汇部位，是新生带以来强烈的褶皱隆起区，呈现推覆逆掩断裂构造特征. 北东向龙门山断裂带包括3条近似平行的主要断裂，即都江堰—江油断裂(前山断裂)，映秀—北川—青川断裂(中央断裂)，茂县—汶川断裂(后山断裂). 这3条断裂带晚第四纪以来均是继承性活动断裂，同时又表现出新生性的特点，均显示由北西向南东的逆冲运动，并兼有右旋走滑分量(朱介寿，2008).

图1(Fig.1)

图1 龙门山断裂带及其邻区地震活动分布 F1: 龙门山断裂； F2: 青川断裂； F3: 龙泉山断裂； F4: 华蓉山断裂； F5: 鲜水河断裂； F6: 安宁河断裂； F7: 抚边河断裂； F8: 岷江断裂； F9: 虎牙断裂. 地震时间： 1998-01-01—2008-05-11； ML≥3.0 Fig.1 Seismicity in and around Longmenshan fault zone F1: Longmenshan fault; F2: Qingchuan fault; F3: Longquanshan fault; F4: Huarongshan fault; F5: Xianshuihe fault; F6: Anninghe fault; F7: Fubianhe fault; F8: Minjiang fault; F9: Huya fault. Full circles represent epicenters of ML≥3.0 earthquakes occurred during 1 January 1998—11 May 2008

此次汶川8.0级地震的微观震中位于映秀—北川—青川断裂带上，距震中以东17 km处建有紫坪铺水库(30.9°N—31.1°N，103.2°E—103.7°E)和水利枢纽工程. 该水库水域区位于汶川主震的起始破裂区，因此作为我们研究的另一个区域. 紫坪铺水库坝址以上控制流域面积22662 km²，水库正常蓄水位877.00 m，正常蓄水位库容9.98亿立方米. 根据史料记载，龙门山断裂带的强震活动频度和强度并不高，仅在其中段—南段上发生过3次6级以上的强震，分别是1657年汶川6级地震，1958年北川$6\frac{1}{5}$级地震，以及1970年大邑西$6\frac{1}{4}$级地震(《四川地震资料汇编》编辑组，1981).

本文根据汶川地震前四川测震台网记录的地震波资料，试图分析和研究汶川地震震中所在的龙门山断裂带震前的地震活动特征、 构造应力场及其震源参数的基本特征，并与主震(陈运泰等，2008)所反映的某些特征对比，给出该地震前构造应力场的最新认识.

图 1给出了汶川8.0级地震前近10年来研究区的地震活动分布，包括3个地震带(区)，即龙门山地震带、 鲜水河地震带和龙门山断裂带以北的川北地震区域. 自1970年6月四川省及邻区测震台网正式观测以来，至2008年5月的整个时段各带地震活动监测能力表明，龙门山断裂带M_L2.5以上的地震记录较完整，而鲜水河地震带、 龙门山断裂带以北的川北地震区域M_L3.0以上的地震记录较完整. 这3个地震带(区)一直小震活跃，频度较高.

本文着重分析汶川8.0级地震前的小震活动. 图 2给出了龙门山断裂带地震活动时间序列，汶川地震前该带小震活动持续. 近38年地震活动水平一般为M_L4—5，其中1976年、 1990年和1999年曾发生5级地震，其余年份发生地震活动均在M_L5.0以下(图 2a). 龙门山断裂带M_L2.5以上地震月频度均值为2.5次，2倍均方差值为6.5次，超过此值的月份有13个月，仅占2.8%. 2004年10月—2008年5月前月频度均低于该2倍均方差线(图 2b). 同时计算该带地震活动b值，采用每6个月地震为一组，采用最大似然法计算给出曲线(图 2c). 该曲线均值为1.11，仅在1倍均方差范围，即0.81—1.42值之间变化或起伏.

图2(Fig.2)

图2 1970年6月—2008年5月龙门山断裂带地震活动时间序列.(a)M-t；(b)N-t；(c)b-t Fig.2 Seismicity in Longmenshan fault zone from June 1970 to May 2008 (a)Magnitude M vs. time t;(b)monthly frequency vs. time t; (c)b-value vs. time t for ML≥2.5 earthquakes.

从这些分析结果可见，有小震监测资料以来，龙门山断裂带地震活动持续平稳发生，每年均有3—4级地震发生. 汶川地震前该带地震活动增强或平静异常现象不明显，分析到的地震活动参数值均在正常变化区间.

研究区地震活动特点是： ①小震活动沿断裂带分布； ②短期震级相对较高的地震活动出现在相邻断裂带——鲜水河断裂带南东段，即2008年2月康定M_L5.0地震. 鲜水河断裂带1973年炉霍发生7.6级地震、 1981年道孚发生6.9级地震； ③此后5级地震活动很少发生.1982年1月—2008年5月期间仅发生2次M_L5.0地震，即1988年6月2日道孚5.0级地震和2008年2月27日康定5.0级地震. 分析鲜水河断裂带，特别是该断裂带南东段的地震活动，近年来曾发生4次地震，即2003年12月4.9级、 2005年10月、 2006年5月4.5级及2008年2月5.0级地震，呈现一定增强显示. 这些中等地震活动发生在汶川地震前，从地震活动强度、 应变释放量分析，出现一定异常显示. 震中所在的NE向龙门山断裂带地震活动异常显示不明显，而相邻走向不一致的NW向鲜水河断裂带南东段出现中等地震活动的增强. 这给短期震兆异常的分析带来一定困难.

若仔细分析汶川地震前龙门山断裂带中短期地震活动资料，可发现2008年2月14日在龙门山中段的紫坪铺水库附近曾发生M_L3.7和M_L3.3地震及系列小震活动，月频次相对较高，而这些地震发生在震源起始破裂区. 为此，需要进一步研究该断裂带震源参数给出的某些重要信息.

本研究主要工作分为两部分： 一部分是选取2007年至2008年5月汶川8.0级地震前发生在龙门山断裂带的震级区间(3.0≤M_L≤5.0)、 记录台站较多(23—50个)的29次地震，主要分布在该断裂带中段，因为其北段一直很少发生小地震.

另一部分是，针对汶川8.0级地震震源起始破裂区. 该区域又是紫坪铺水库水域区，位于汶川8.0级地震微观仪器测定震中东侧20 km区域内. 因此选取紫坪铺水库蓄水以来至2008年5月，震级为2.5≤M_L≤ 3.7且有良好波形记录的全部13次地震，进行震源参数研究.

本研究在求震源机制解之前，复查了全部地震记录图. 通过波形资料连续性、 噪声水平分析，读取了P波初动和初动到时，运用赵珠等(1997)给出的龙门山断裂带速度模型，以四川台网测定的震源位置参数为初值，重新修订了震中位置、 震源深度和发震时刻，修正后的震源深度集中分布在5—14 km的上地壳中. 这些地震震中主要分布在龙门山断裂带，且均为3级地震，未出现4级以上的地震. 这与巨大地震发生前可能发生一系列中等地震或5—6级地震活动的认识有显著的不同.

根据梁尚鸿等(1984)提出的以层状介质中一点源位错震源模型，采用广义透射系数的快速算法，和理论地震图拟合直达波最大振幅比求取小震震源机制解的方法. 刁桂苓等(1993)在此方法上完善了计算程序，利用直达P波(Pg)和直达S波(Sg)的地动位移振幅比值，并结合部分记录清晰的P波初动资料求解震源机制解. 本文采用此程序计算了龙门山断裂带及附近震前小震的震源机制解.

表 1给出了龙门山断裂带及其附近地区的震源机制解参数. 龙门山断裂带以及鲜水河南段的小震震源机制解分布见图 3a.

表1(Table 1)

表1 汶川8.0级地震前龙门山断裂带及其邻区小震的震源机制解参数Table 1 Focal mechanism solutions of small earthquakes distributed in and around Longmenshan fault zone before the Wenchuan MS8.0 earthquake 地震 序号 震级 ML 深度 /km 节面 Ⅰ 节面 Ⅱ P轴 T轴 B轴 走向 /° 倾角 /° 滑动角 /° 走向 /° 倾角 /° 滑动角 /° 方位 /° 仰角 /° 方位 /° 仰角 /° 方位 /° 仰角 /° 1 3.5 12 23 59 99 5 32 75 106 14 317 74 198 8 2 3.2 8 20 59 88 24 31 93 111 14 284 76 21 2 3 4.2 9 104 36 -159 357 78 -56 302 46 61 25 168 33 4 3.0 10 111 85 -138 196 48 -6 343 32 236 25 116 47 5 4.3 5 27 81 -35 123 55 -168 339 31 80 17 194 54 6 3.2 5 256 61 -176 344 87 -29 116 22 214 17 338 61 7 3.1 9 32 51 171 127 83 39 253 21 357 32 135 50 8 3.0 14 150 51 -3 242 88 -141 113 28 9 24 245 51 9 3.3 6 59 59 174 153 84 31 282 17 21 26 162 58 10 4.3 10 355 24 -54 317 71 -105 25 62 238 24 142 14 11 3.4 9 3 20 61 34 72 100 296 26 139 62 30 10 12 3.2 5 341 36 23 232 77 124 297 24 178 47 44 33 13 3.3 5 148 48 21 44 75 136 102 17 357 41 208 44 14 4.1 8 349 60 -151 243 65 -33 204 40 297 3 30 50 15 3.3 5 254 56 -154 149 69 -37 107 41 204 8 303 48 16 3.0 9 107 66 -79 262 26 -113 38 67 189 20 283 10 17 3.0 8 81 73 -157 344 68 -18 303 28 212 3 116 62 18 3.3 5 124 90 130 47 40 1 181 33 66 33 303 40 19 3.2 6 129 33 93 125 57 88 36 12 208 78 306 2 20 3.7 12 160 49 3 68 88 139 121 26 16 29 246 49 21 3.3 14 350 64 29 66 64 151 118 1 208 38 27 52 22 4.4 9 310 72 -32 50 60 -159 267 35 2 8 103 54 23 5.0 5 10 73 115 313 30 36 82 24 312 55 183 24 24 3.2 5 48 50 170 145 82 40 270 21 15 33 153 49 25 3.8 9 307 60 156 50 69 32 177 6 271 37 79 52 26 3.1 9 168 77 5 257 85 167 123 6 32 13 238 76 27 3.0 9 315 33 169 54 84 57 171 31 293 42 58 32 28 3.5 10 120 89 -21 211 69 -178 74 15 167 13 296 69 29 3.3 5 350 31 93 167 59 88 258 14 72 76 168 1 30 8.0(MS) 14 229 33 141 352 70 63 103 20 47 57 2 25

表1 汶川8.0级地震前龙门山断裂带及其邻区小震的震源机制解参数 Table 1 Focal mechanism solutions of small earthquakes distributed in and around Longmenshan fault zone before the Wenchuan MS8.0 earthquake

图3(Fig.3)

图3 龙门山断裂带的震源机制解(a)及主压应力方向(b)分布(注： 断裂带名称同图 1) Fig.3 Focal mechanism solutions of earthquakes(a) and directions of the principal compressive stress axes(b)in and around Longmenshan fault zone (Note: for name of fault zones see Figure 1)

汶川地震前发生的3.0级以上地震主要集中分布在龙门山构造带的中、 南段，因此求得的震源机制解较多，而北段及青川断裂带则给出的机制解较少. 多数地震震源机制解结果显示龙门山断裂带主压应力方位为NW向(图 3b).

汶川8.0级地震沿龙门山断裂带向NE向单侧破裂扩展. 余震从主震震中起沿龙门山断裂带往NE向展布，破裂长度达330 km. 根据地震波到时测定的震中或称初始破裂位置，汶川地震的初始破裂位置位于紫坪铺水库区. 震前紫坪铺水库区小震增强. 测定的震源机制解结果中包括2008年2月14日紫坪铺库区发生的M_L3.7和M_L3.3地震(地震序号20和21)的结果. 结合紫坪铺水库区小台网地震波资料，测定了紫坪铺库区附近震前13次小震机制. 紫坪铺水库水域区位于汶川主震起始破裂区，该区内震源机制解分布见图 4. 汶川地震余震分布尺度长，呈现明显的震源力学机制的分段特征. 汶川8.0级地震震中位于紫坪铺水库水域区尾部附近，2008年2月14日的M_L3.7和M_L3.3地震位于水库水域区南面几公里，均属于龙门山中央断裂带及前山断裂带之间的NE向构造系. 震前起始破裂区的小震活动的震源力学机制一定程度上反映了巨大地震前的微破裂机制，这些结果对震前构造应力场的分析是重要的.

图4(Fig.4)

图4 紫坪铺水库台网及其周围地震震源机制解分布 Fig.4 Seismic stations and earthquake focal mechanism solutions in Zipingpu Dam region

根据汶川8.0级地震前小震活动求出的震源机制解参数，按10°间隔进行统计并计算出归一频数，给出统计分析(图 5). 龙门山断裂带震前地震活动的震源断层面呈现NE与NW向两组节面走向. 其中NE向节面呈N50°—70°E. 断面倾角均陡，达60°—70°(图 5a). 主压应力P轴方位以近WNW--ESE向，倾角0°—50°. 主张应力T轴的优势方向主要集中在NE向和NS向，倾角多分布在20°—50°范围内. 中等应力B轴倾角为30°—60°，方位NNE(图 5b). 根据滑动角分析，其震源力学作用方式多呈现逆倾型，为右旋逆倾或左旋逆倾型，部分为走滑型.

图5(Fig.5)

图5 汶川8.0级地震前龙门山断裂带地震震源机制解的节面参数(a)和力轴参数(b)分析 Fig.5 Nodal plane parameters(a) and P，T and B axis parameters(b)of the focal mechanism solutions for the earthquakes in Longmenshan fault zone before the MS8.0 main shock

用同样的方法统计得到了汶川8.0级地震起始破裂区，即紫坪铺库区范围内震源断层面解，两个节面走向分别为NE向和SN向，节面倾角小于45°. 主压应力P轴方位也为近 WNW--ESE向，震源断层的错动类型呈右旋逆倾滑动. 可见，紫坪铺库区小震震源机制解的整体特征与龙门山构造带地震给出的结果大体一致. 这期间龙门山断裂带震前小震活动显示，地块主要受WNW--ESE向的水平挤压作用，力轴作用力型小于45°.

进一步采用力轴张量计算法(钟继茂，程万正，2006)，利用多次地震震源机制解的力轴张量，计算出汶川8.0级地震前龙门山断裂带平均应力张量σ₁，σ₂和σ₃的值(表 2). 计算得到的龙门山断裂带的最大主压应力轴σ₁方向为116°. 这与用松潘—龙门山构造带历史强地震的P波初动解的计算结果98°(钟继茂，程万正，2006)相差8°. 同样得到紫坪铺库区附近的最大主压应力轴σ₁方向为132.6°. 与龙门山断裂带的结果比较，说明库区与整个断裂带的主压应力方向大体一致.

表2(Table 2)

表2 汶川8.0级地震前研究区域平均应力张量计算结果Table 2 Mean principal stress axes before Wenchuan MS8.0 earthquake in the study areas 区域名称 σ1 σ2 σ3 Az/° φ/° Az/° φ/° Az/° φ/° 龙门山断裂带 296.0 6.6 80.9 81.9 205.5 4.6 紫坪铺水库 132.6 12.3 40.0 11.7 267.7 72.9 注： Az表示方位角，φ表示力轴倾角，σ表示平均应力轴.

表2 汶川8.0级地震前研究区域平均应力张量计算结果 Table 2 Mean principal stress axes before Wenchuan MS8.0 earthquake in the study areas

汶川地震发生后，国内外一些研究机构确定了主震的震源机制解(表 3). 3种结果分别由陈运泰等(2008)组成的研究小组、 美国哈佛大学^①和美国地质调查局(USGS)国家地震信息中心(NEIC)^②所提供. 可见，3种结果是一致的，主压应力方位为WNW向，此表中震源机制解节面Ⅰ均呈NE方向，节面Ⅱ呈近NS方向. 此次地震是一次以逆冲为主、 兼少量右旋走滑分量的地震.

表3(Table 3)

表3 2008年5月12日汶川8.0级地震的震源机制解Table 3 Focal mechanism solutions of the Wenchuan MS8.0 earthquake on 12 May 2008 矩张量 /N·m 节面 Ⅰ 节面 Ⅱ P轴 T轴 B轴 数据来源 走向 /° 倾角 /° 滑动角 /° 走向 /° 倾角 /° 滑动角 /° 方位 /° 仰角 /° 方位 /° 仰角 /° 方位 /° 仰角 /° 1021 229 43 123 7 55 63 116 7 222 67 23 22 陈运泰等(2008) 1021 229 33 141 352 70 63 103 20 47 57 2 25 美国哈佛大学 1020 238 59 128 2 47 45 122 6 22 57 36 31 USGS

表3 2008年5月12日汶川8.0级地震的震源机制解 Table 3 Focal mechanism solutions of the Wenchuan MS8.0 earthquake on 12 May 2008

通过龙门山断裂带震前构造应力场的研究结果与汶川8.0级地震震源机制解分析比较，紫坪铺库区和龙门山断裂带上汶川8.0级地震前小震活动的震源机制解呈现的主压应力方位均为WNW向，其平均应力张量的计算结果分别为132.6°和116°，而根据汶川8.0级地震震源机制解给出的主压应力方位为103°—122°. 无论是龙门山断裂带，还是汶川主震起始破裂区(段)震源参数的研究结果，主压应力方向均与主震震源机制解大体一致.

龙门山断裂带的震前地震活动的震源断层面呈现NE向与NW向两组节面走向，其中NE向节面走向为N50°—70°E，多为逆倾型； 汶川主震震源机制解给出的NE向节面走向为N49°—58°E，为右旋逆倾型. 即震前龙门山断裂带小震活动整体呈现的震源断面走向及其错动类型与主震结果是一致的. 值得说明的是，根据历史中强地震给出的震源机制解和这次震前地震活动分析结果，以及汶川主震震源机制解，整体上呈现出与龙门山断裂带应力场的基本特征是一致的.

通过分析和研究汶川8.0级地震前震中所在的龙门山断裂带和位于起始破裂位置的紫坪铺水库水域区的地震活动和构造应力场，得到如下认识：

1)巨大地震发生前震中所在的龙门山断裂带未发生中等地震或5—6级地震活动. 震前地震活动水平和强度不高，仅发生零星3—4级地震活动，未出现明显的增强或平静的异常现象.

2)通过对比分析位于起始破裂位置的紫坪铺水库水域区，龙门山断裂带与汶川主震震源机制解分别呈现的构造应力场结果，汶川地震前主压应力P轴方位为WNW--ESE向，震前系列地震活动的震源机制解呈现的主压应力方位、 震源断面走向及其错动类型，与8.0级主震给出的解是一致的. 这说明巨大地震发生前沿龙门山构造带微破裂所呈现的平均应力场与主震是一致的.

3)汶川地震前短期起始破裂区附近的紫坪铺水库水域附近发生小震活动增 加的现象. 紫坪铺水库在2005年9月开始 蓄水，2006年10月水库水位达到高值. 2007年11月水位再次达到 高值(图 6). 2008年2月14日紫坪铺水库水域附近两次3级 地震及系列小震活动，发生在紫坪铺水库放水的卸载阶段. 水库水域附近增 加的小震活动与水库蓄、 放水的加卸载过程有关. 而这些水库水域区的诱发小震活动，包括汶川8.0级地震前起始破裂区附近的微破裂出现增加现象.

图6(Fig.6)

图6 紫坪铺水库水位与地震 Fig.6 The water level and earthquakes in Zipingpu Dam

4)紫坪铺水库附近震前M_L3.7和M_L3.3地震深度为12—14 km，而汶川8.0级地震的震源深度为10—20 km，如美国哈佛大学^①、 USGS^② 、 陈运泰等(2008)给出的结果. 一般认为水库诱发小震活动的深度浅，多在几千米的深度. 而紫坪铺水库水域区附近实际增加的系列小震活动震源深度多分布在5—14 km的深度范围(图 7). 图 7a是汶川8.0级地震前地震活动的震源深度沿NE向龙门山构造带走向的震源深度分布剖面，图 7b是沿垂直于龙门山构造带走向的分布剖面. 可见震前小震活动的震源位置在汶川8.0级地震震源位置之上，更浅，即汶川8.0级地震震源位于这群前兆性地震活动的下部. 震前地震活 动的震源深度沿垂直于龙门山构造带走向的分布剖面，亦显示了沿NW--SE的楔形分布特征，即呈现龙门山带挤压逆冲特性.

图7(Fig.7)

图7 汶川8.0级地震前龙门山断裂带地震的震源深度分布 (a)沿NE向龙门山断裂带走向；(b)垂直于走向 Fig.7 Focal depths of the earthquakes before the MS8.0 main shock in Longmenshan fault zone (a)The profile along NE strike of Longmenshan fault zone;(b)the profile perpendicular to the strike of Longmenshan fault zone

随着水库水域区蓄、 放水的加卸载过程，沿构造带裂隙水渗透，因裂隙面摩擦减小，产生微破裂； 由浅到深，对裂隙的进一步渗透或弱化，对本身就是巨大地震的孕震构造带可能造成应变能突然释放. 这是有意义的一种现象. 裂隙水渗透是缓慢的过程，仅为诱因. 微破裂逐渐增加可能与水库蓄、 放水过程有关.汶川8.0级地震前沿龙门山断裂带微破裂所呈现的平均应力场与主震结果一致，显示出汶川地震前后构造应力场的一致性. 本文对于水库蓄、 放水，库区小震活动以及汶川主震三者的可能联系做了初步的探讨. 但从物理意义上还需得到更新的认识，当然有待更多证据和新研究成果的佐证.

感谢中国地震局台网中心周龙泉博士，河北省地震局刁桂苓研究员，以及江西省地震局吕坚硕士的帮助.