汶川大地震“遠(yuǎn)端效應(yīng)”——龍泉驛地?zé)岙惓３梢蛱接?br/>

程 建 王多義 李得力 龐河清 王帥成 李 軍

(成都理工大學(xué) a.能源學(xué)院,b.沉積地質(zhì)研究院,c.信息工程學(xué)院,成都 610059)

2008年10月7日成都市龍泉驛區(qū)同安鎮(zhèn)某居民臨街鋪面約3～4m2范圍內(nèi)的水泥地面突然發(fā)熱。住戶敲碎約20 cm厚的水泥地板觀察,除了泥土被加熱而散發(fā)出淡淡的泥土味并未發(fā)現(xiàn)其它異常。測(cè)試土壤溫度98℃。10天后,即10月17日筆者再次測(cè)量,溫度為89℃。其后住戶向土壤中加入大量的水,還原了水泥封蓋。半個(gè)月后(10月25日)再次敲開水泥地面測(cè)量,仍有46℃。高溫持續(xù)一個(gè)多月后逐漸變冷消失。對(duì)于此土壤高溫現(xiàn)象一些人感到不解,甚至恐慌,對(duì)其成因也眾說(shuō)紛紜。有人認(rèn)為地下某種物質(zhì)在燃燒,也有人認(rèn)為是地下電纜漏電。對(duì)于上述說(shuō)法筆者均不敢茍同。理由如下:(1)同安鎮(zhèn)電力部門稱該區(qū)域沒(méi)有埋設(shè)電纜,也沒(méi)有發(fā)現(xiàn)用電異常。2008年10月17日,有關(guān)部門切斷了該區(qū)域所有供電10 h,該處地溫也未見(jiàn)下降。(2)此處高溫是突然出現(xiàn)的,先維持在較高溫度(98℃)然后平穩(wěn)下降。如果是燃燒加熱或電熱加熱,溫度都應(yīng)該是持續(xù)上升。同時(shí),在水泥密封的地下深處缺乏如氧氣、明火等燃燒條件;也沒(méi)有任何燃燒的跡象,如燃燒通常產(chǎn)生的煙、氣、聲等。

作者利用遙感地質(zhì)解譯和土壤氡氣測(cè)量等技術(shù)方法進(jìn)行勘查,結(jié)合區(qū)域地質(zhì)情況和汶川大地震及其余震綜合分析,認(rèn)為這是地震地?zé)岙惓５摹斑h(yuǎn)端效應(yīng)”,主要與汶川大地震及其余震、龍泉山斷裂的活動(dòng)性,和當(dāng)?shù)氐奶厥獾刭|(zhì)條件有關(guān)的地?zé)岙惓，F(xiàn)象。

1 研究區(qū)遙感地質(zhì)解譯

地?zé)岙惓｜c(diǎn)發(fā)育在龍泉山大背斜中段西側(cè)的龍泉驛斷層附近。龍泉驛斷層走向北東,傾向南東,傾角35°～70°,全長(zhǎng) 120 km,是本區(qū)起控制作用的主要斷裂。鄧起東(1994)、黃祖智(1995)、徐水森(2006)等認(rèn)為龍泉驛斷層在早更新世有明顯活動(dòng),在中、晚更新世有微弱活動(dòng),具有明顯的分段特征[1,2]。

筆者對(duì)龍泉驛同安鎮(zhèn)地區(qū)的ETM遙感圖像(圖1)進(jìn)行地質(zhì)解譯,發(fā)現(xiàn)在龍泉驛斷層兩側(cè)還發(fā)育了一些次級(jí)斷層(圖2中F1～F7)。F1,F2,F3走向近南北,規(guī)模比較小。F4斷層近南北走向,與龍泉驛斷層小角度斜交。F5與F6大致平行,走向北東-南西,成組出現(xiàn),斜切龍泉驛斷層。F7走向北西-南東,與龍泉驛斷層大角度相交。地?zé)岙惓｜c(diǎn)處于F1和F5斷層與龍泉驛斷層的交匯處。

圖1 成都市龍泉驛區(qū)同安鎮(zhèn)地區(qū)ETM遙感圖像Fig.1 ETM remote sensing image of the Tongan town,Longquanyi,Chengdu

圖2 同安鎮(zhèn)地區(qū)遙感地質(zhì)解譯圖Fig.2 Geological remote sensing image of the Tongan town

龍泉驛斷層及次級(jí)斷層線性影像清晰,橫穿山脊、溝谷,直線延伸,在成都第四紀(jì)覆蓋物上仍可見(jiàn)線性影像;斷層三角面和斷層崖沿?cái)嗑€發(fā)育;影紋、色調(diào)帶界面清晰。這些地貌標(biāo)志表明龍泉驛斷層第四紀(jì)以來(lái)的活動(dòng)性[3～5]。

2 土壤氡氣測(cè)試

2008年10月25日,筆者在研究區(qū)內(nèi)選取了3個(gè)土壤氡氣測(cè)點(diǎn)埋設(shè)探杯(α杯)。探杯P1埋在地?zé)岙惓｜c(diǎn)上,P2在P1北東35°方向15m遠(yuǎn)處,P3在P2正東方向15 m遠(yuǎn)處。探杯埋深均為30 cm。2 h后(一般埋杯時(shí)間應(yīng)為4 h,由于時(shí)間關(guān)系縮短為2 h)采用KZ-DO2型α杯測(cè)氡儀測(cè)量,測(cè)得3個(gè)探杯的CMP(每分鐘計(jì)數(shù))是:P1:1145;P2:738;P3:544。

氡氣是地質(zhì)體中放射性元素U和Ra等衰變產(chǎn)生的,其濃度表示在地下孔隙中的富集程度[6]。由于氡氣是惰性氣體,向上垂直運(yùn)移能力很強(qiáng),可以通過(guò)斷層和破碎帶從地下深處向地表運(yùn)移,所以氡可以提供地下深部的信息,對(duì)斷裂和裂隙的反應(yīng)很靈敏。在同一條斷層上,近期活動(dòng)的地段氡的濃度相對(duì)較高。據(jù)此可以推測(cè)斷層破碎帶及其活動(dòng)性[7,8]。

本次土壤氡氣測(cè)量的三個(gè)測(cè)點(diǎn)氡值都是高異常。如果埋杯時(shí)間達(dá)到4 h的話,土壤氡CMP可能會(huì)超過(guò)2 000,甚至更高。如此之高的氡CMP,表明該處地下基巖中存在斷層,該斷層具有活動(dòng)性。正因?yàn)樵摂鄬拥幕顒?dòng),使得地下的氡氣大量釋出。

3 地電異常

2008年10月17日,在同安鎮(zhèn)地?zé)岙惓｜c(diǎn)土壤中進(jìn)行了地電測(cè)試,測(cè)得電壓為24 V。有人懷疑是電纜漏電,但是電纜漏電的電壓應(yīng)該遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于24 V。如果不是電纜漏電,那就只能是地電;可是大地電場(chǎng)一般都是毫伏級(jí)的,至今還沒(méi)有發(fā)現(xiàn)如此之高的大地電場(chǎng)值。大地電場(chǎng)與地震存在相關(guān)性,被認(rèn)為是一種可靠的短臨地震前兆信息[9]。2008年10月17日,就在測(cè)試地?zé)岙惓｜c(diǎn)土壤電壓的當(dāng)天,在龍泉山斷裂帶上的中江、簡(jiǎn)陽(yáng)兩地發(fā)生2.5級(jí)和2.1級(jí)地震。龍泉驛同安鎮(zhèn)的土壤中的異常電壓是否與這兩次地震有關(guān)值得進(jìn)一步深入探討。

4 地?zé)岙惓３梢蚍治?/h2>

地?zé)岬膩?lái)源,從全球意義上講是重力分異和巖石放射性元素衰變產(chǎn)生的熱[10]。從局部意義上講,斷裂活動(dòng)產(chǎn)生的構(gòu)造變形通常是地?zé)岙惓５恼T發(fā)動(dòng)力[11～13]。斷裂活動(dòng)和巖塊的摩擦引起的構(gòu)造熱才對(duì)地?zé)崞鹬刂谱饔?。?dāng)斷面上的摩擦力和剪切應(yīng)力都是100 MPa的數(shù)量級(jí)時(shí),即使錯(cuò)動(dòng)1mm的幅度,也能使斷面達(dá)到熔化的程度[11]。

深大斷裂的劇烈活動(dòng)引起強(qiáng)烈構(gòu)造地震,往往還會(huì)引發(fā)與地震相伴生的地?zé)岙惓?。這種地?zé)岙惓Ｒ话愠霈F(xiàn)在與震中有一段距離的遠(yuǎn)端且與發(fā)震斷裂有一定聯(lián)系的斷裂帶上。許多地震都產(chǎn)生過(guò)這種地?zé)岙惓?1975年遼寧海城7.3級(jí)地震時(shí),30 km外的鞍山、營(yíng)口等地曾記錄大幅度的夜間增溫(13～16℃);1976年四川松潘7.2級(jí)地震時(shí),在170 km外的江油至都江堰之間,沿龍門山斷裂帶多處噴出高達(dá)120℃的熱氣;1976年云南龍陵7.6級(jí)地震時(shí),13 km外的巴拿掌溫泉水溫由80℃上升到91℃(震后10 d恢復(fù)正常)[11]。筆者將這種出現(xiàn)在與震中有一段距離與發(fā)震斷裂有一定聯(lián)系的斷裂帶上的地?zé)岙惓７Q為地震地?zé)岙惓５摹斑h(yuǎn)端效應(yīng)”。5.12汶川大地震后,在發(fā)震斷裂映秀-北川斷裂北段的青川縣發(fā)現(xiàn)了低溫地?zé)?可見(jiàn)蒸汽升高達(dá)2～3m,地表蒸汽的溫度約45℃(李勇,鄧斌,2009)。除此之外還沒(méi)有發(fā)現(xiàn)與汶川大地震有關(guān)的其他地?zé)岙惓?。距汶川地震震中?0 km的龍泉山斷裂帶上發(fā)現(xiàn)的地?zé)岙惓?可能是該地震地?zé)岙惓！斑h(yuǎn)端效應(yīng)”的典型例證。

龍泉山斷裂帶構(gòu)造上屬于龍門山逆沖推覆造山帶前緣第四紀(jì)前陸盆地的前陸隆起(圖3)。晚白堊世-新近紀(jì)由于青藏高原向東擠壓,以及揚(yáng)子地塊的阻擋,造就了龍門山褶皺逆沖斷層及與其伴生的四川前陸盆地(張家聲等,2004)。前陸盆地中的中三疊統(tǒng)以上巖層沿中三疊統(tǒng)底部的滑脫層(圖3中部虛線所示)向東逆沖、反沖,形成了龍泉山斷層傳播褶皺[14,15]。發(fā)育在龍泉山背斜西側(cè)的龍泉驛斷層為本區(qū)的主控?cái)鄬?圖3)。

5.12汶川大地震震動(dòng)了全中國(guó)甚至亞洲,必然使川西前陸盆地中的巖體震動(dòng);而中三疊統(tǒng)底部滑脫層上、下巖體的震動(dòng)很可能不一致,甚至上部巖體向東錯(cuò)動(dòng),巖塊間會(huì)產(chǎn)生摩擦,其機(jī)械能絕大部分都可能轉(zhuǎn)化成了熱能。同時(shí),中三疊統(tǒng)底部埋深超過(guò)6 km,按地溫梯度20℃/km計(jì)算,其中流體的溫度也可能達(dá)140℃以上。由于上覆蓋層的阻隔,熱流主要沿著滑脫層向龍泉山斷裂帶傳遞。如前所述,龍泉驛斷層是活動(dòng)性斷層,且由于在同安鎮(zhèn)地段被規(guī)模較大的次級(jí)斷層切割錯(cuò)動(dòng)(圖2中F4-F7)而由阻滯封閉變得局部開啟,熱流就可以通過(guò)斷層破碎帶從深部向上迅速傳遞至近地表。

圖3 龍門山推覆構(gòu)造帶及龍泉山背斜構(gòu)造示意剖面圖Fig.3 Cross section through the nappy structuralbelts of the Longmenshan to the Longquanshan anticline

龍泉驛地?zé)岙惓Ｔ诘乇淼某雎缎问讲皇谴竺娣e的地溫升高,而是高溫呈點(diǎn)狀分布。這與當(dāng)?shù)靥厥獾刭|(zhì)條件有關(guān)。地?zé)岙惓｜c(diǎn)4～5 m2范圍內(nèi)的土壤是新填的塊狀土(該處以前有一深坑),土質(zhì)很疏松,而它周圍土壤膠結(jié)比較緊密。小范圍的這種土壤疏松形態(tài)起到了類似“導(dǎo)熱管”的作用(圖4)。從深部傳至近地表的地?zé)崃骶涂赡芡ㄟ^(guò)“導(dǎo)熱管”集中向上傳送至地表形成點(diǎn)狀地?zé)岙惓?。而在周圍土壤膠結(jié)致密的區(qū)域熱流則難于逸出地表,所以沒(méi)有出現(xiàn)大范圍的地溫異常帶。汶川大地震的地?zé)岙惓！斑h(yuǎn)端效應(yīng)”就這樣形成了。

圖4 地?zé)崃鹘乇韨鲗?dǎo)示意圖Fig.4 Geothermal conduct through near-surface

地?zé)崾堑卣饝?yīng)力釋放的一種表現(xiàn),是地震引起的構(gòu)造活動(dòng)的產(chǎn)物,并非是由于龍泉山斷裂的活動(dòng)引起的能量聚集。同時(shí),龍泉驛斷層雖然有一定活動(dòng)性,但是龍泉驛斷層切割比較淺,不具備孕育強(qiáng)地震的能力,因此不會(huì)發(fā)生較大的破壞性地震。

5 結(jié)論和建議

a.龍泉驛同安鎮(zhèn)地?zé)岙惓５闹鲗?dǎo)因素是汶川大地震引發(fā)的構(gòu)造熱產(chǎn)生的“遠(yuǎn)端效應(yīng)”。其形成與汶川大地震中川西前陸盆地中的巖塊沿中三疊統(tǒng)下部滑脫層錯(cuò)動(dòng)、龍泉驛斷層的活動(dòng)性和當(dāng)?shù)靥厥獾牡刭|(zhì)條件有關(guān)。

b.龍泉驛斷層切割比較淺,不具備孕育強(qiáng)地震的能力,不會(huì)發(fā)生較大的破壞性地震。

c.重要工程設(shè)施要避開龍泉驛斷層,不要建在該斷層帶上。

d.龍泉驛地區(qū)可能有豐富的地?zé)豳Y源,建議加強(qiáng)勘查研究,開發(fā)地?zé)豳Y源。

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