“4·20”蘆山地震的構(gòu)造破裂與發(fā)震斷層

李渝生，王運生，裴向軍，羅永紅

（地質(zhì)災(zāi)害防治與地質(zhì)環(huán)境保護(hù)國家重點實驗室（成都理工大學(xué)），成都610059）

2013年4月20日8時2分，四川省雅安市蘆山縣發(fā)生7.0級強烈地震（簡稱“4·20”蘆山地震）。據(jù)國家地震局確定，震級 M＝7.0，震源深度13km，震源破裂持續(xù)時間約30s。地震發(fā)生后僅1h，地質(zhì)災(zāi)害防治與地質(zhì)環(huán)境保護(hù)國家重點實驗室的第一批應(yīng)急調(diào)研專家即奔赴地震災(zāi)區(qū)，當(dāng)日午后抵達(dá)蘆山縣并隨即開展現(xiàn)場調(diào)查與研究工作。本專題組調(diào)查研究的重點是地震斷裂與震中區(qū)地震地質(zhì)災(zāi)害等方面問題。根據(jù)我們掌握的現(xiàn)場實測資料與數(shù)據(jù)，對此次強烈地震的動力學(xué)特征問題進(jìn)行分析與探討。

1 地震活動與地震破裂特征

1.1 主震及較強余震的分布特征

國家地震部門確定的震中坐標(biāo)信息（表1）顯示，M＝7.0級主震及反映地震能量釋放的M≥4.0級較強余震活動（2013年4月20～23日），集中分布在以太平鎮(zhèn)－雙石鎮(zhèn)－大溪鄉(xiāng)一線為中心的長約43km、寬約19km的NE向地帶（圖1）。

1.2 地表構(gòu)造破裂特征

現(xiàn)場實測調(diào)研成果表明，與上述強余震分布情況相吻合的是，地表構(gòu)造破裂基本上仍沿太平鎮(zhèn)－雙石鎮(zhèn)－大溪鄉(xiāng)一線展布。地表構(gòu)造錯動形式主要表現(xiàn)為壓性逆推錯動兼有較小幅度的右旋走向位錯。

在雙石鎮(zhèn)清楚見到構(gòu)造破裂錯斷沿路面混凝土伸縮縫（N30°E）發(fā)育，其垂向斷距0.125m、右旋錯距0.025m、水平壓縮約0.35m（圖2、圖3）。

此外，在寶盛鄉(xiāng)、雙石鎮(zhèn)及大溪鄉(xiāng)等處，亦發(fā)現(xiàn)地表右旋走向錯動形成的剪切破裂（圖4、圖5）。

2 分析與討論

2.1 地震斷層

上述現(xiàn)場調(diào)查情況清楚地顯示，地震造成的構(gòu)造破裂主要沿NE走向的大川－雙石斷裂[1]分布（圖6）。

地震斷層的破裂段主要以雙石鎮(zhèn)為中心，向NE太平鎮(zhèn)及SW大溪鄉(xiāng)方向擴展，延伸長度約為35～40km。即觸發(fā)“4·20”蘆山地震的斷層為NE走向的大川－雙石斷裂，震源斷層錯動的基本性質(zhì)為壓性上沖兼小幅度右旋走向滑動（圖2～圖5、圖7）。

表1 “4·20”蘆山地震主震及余震（M≥4.0）目錄Table1 List of the main shock and aftershocks of the Lushan earthquake

圖2 雙石鎮(zhèn)路面垂向（右圖）及右旋（左圖）錯斷Fig.2 The vertical（right）and dextral（left）dislocations on the Shuangshi road

圖3 地面水平壓縮導(dǎo)致橋面拱曲變形（雙石鎮(zhèn)）Fig.3 Arch bend of the bridge floor（Shuangshi）caused by the horizontal compression of ground

圖4 雙石鎮(zhèn)政府地面的右旋錯動Fig.4 The dextral dislocation of the ground of the Shuangshi town government office building

圖5 大溪鄉(xiāng)羅家村一組地面的右旋錯裂Fig.5 Dextral crack of the ground of Luojia No.1group of Daxi township

2.2 地震斷裂的滑動距離

上述地震構(gòu)造破裂研究成果已證實，觸發(fā)“4·20”蘆山地震的震源斷裂是NE向大川－雙石斷裂，地震斷裂的震源滑動量可按地表破裂方向與地震斷層產(chǎn)狀之間的空間幾何關(guān)系估算。

現(xiàn)場實測獲得：地表主壓變形（a）軸方向α1為N30°E，垂向位移與右旋走滑位移量之比為5，滑線側(cè)伏角α2＝78°。地震斷層走向α3為N65°E，斷面傾角β＝65°。據(jù)此估算地震斷層面上的最大逆斷－右旋滑動量（L）達(dá)到1.51m。

2.3 震中位置

關(guān)于M＝7.0級主震的震中位置問題，在現(xiàn)場調(diào)查工作中我們注意并重視對以下方面基本現(xiàn)象的分析與研究。

a.表征震源能量釋放的主震及較強余震（M≥4.0），主要集中發(fā)生在主震后的4天內(nèi)（2013年4月20～23日），并集中分布在以大溪－雙石－太平一線為中心長約43km、寬約19km的范圍內(nèi)。地震活動的方向及位置均與大川－雙石斷層吻合（圖1、圖6）。

b.地表構(gòu)造破裂及變形完全受NE向大川－雙石斷層控制。在雙石鎮(zhèn)南側(cè)及NE側(cè)斷層通過位置，發(fā)生噴水冒砂及地面塌陷（圖8）。

c.已有報道的震中區(qū)龍門鄉(xiāng)雖然震害極為嚴(yán)重，但現(xiàn)場調(diào)研并未發(fā)現(xiàn)任何構(gòu)造破裂及變形跡象，地震地質(zhì)災(zāi)害亦不甚發(fā)育。

綜上分析，作者認(rèn)為蘆山M＝7.0級強烈地震的震中位置應(yīng)在地震斷裂通過的雙石－太平區(qū)段，而非震害嚴(yán)重的龍門鄉(xiāng)。據(jù)我們研究，造成龍門鄉(xiāng)震害異常的主要因素是該盆地較厚第四系強烈的場地效應(yīng)[2，3]（圖9）及建筑物結(jié)構(gòu)強度不足。

2.4 蘆山地震與汶川地震的構(gòu)造關(guān)聯(lián)

已有的研究資料已證實，“5·12”汶川 M＝8.0級地震是由于龍門山斷裂帶中央斷裂（映秀－北川斷層）及邊緣斷裂（前山斷層）的壓性逆沖兼右旋走滑活動觸發(fā)的[5]。地震破裂和余震活動（圖10）均一致顯示，震源破裂沿龍門山斷裂帶NE段向NE方向擴展（圖11）；而斷裂帶SW段既無余震活動，也無地震破裂變形，處于相對的活動休止?fàn)顟B(tài)。

“5·12”汶川地震約5年后的2013年4月20日，處于活動休止?fàn)顟B(tài)的龍門山斷裂帶SW段發(fā)生了蘆山M＝7.0級地震。該地震與前者的關(guān)聯(lián)主要體現(xiàn)在以下2方面：（1）在震源斷層錯動的動力學(xué)特征方面，二者極為近似，即均表現(xiàn)為NE向斷裂的壓性逆沖兼右旋走滑錯動。（2）“4·20”蘆山地震的構(gòu)造破裂的擴展方向，具有向龍門山中央斷裂發(fā)展的趨勢，而與龍門山邊緣斷裂尚無明顯的關(guān)聯(lián)。

圖6 區(qū)域地震－構(gòu)造圖Fig.6 Regional earthquake－structure diagram

圖7 地震破裂及其動力學(xué)特征Fig.7 Earthquake rupture and its dynamic characteristics

圖8 雙石鎮(zhèn)地表噴水冒砂（左）及地面塌陷坑（右）Fig.8 Liquefaction of sand soil（left）and ground collapse（right）in Shuangshi Town

圖9 蘆山縣龍門鄉(xiāng)震后航空影像Fig.9 The aerial image of the Longmen Township，Lushan County after the earthquake

據(jù)此我們推斷，二者的構(gòu)造關(guān)聯(lián)應(yīng)是：“5·12”汶川地震致使龍門山斷裂帶NE段因破裂貫通而應(yīng)力解除，地殼構(gòu)造應(yīng)力的調(diào)整加快了SW段的地殼應(yīng)力積累速率，導(dǎo)致斷裂帶地殼巖體應(yīng)力－形變過程進(jìn)入累進(jìn)性發(fā)展階段[5－7]，進(jìn)而觸發(fā)了蘆山M＝7.0級強烈地震。

3 結(jié)論

a.“4·20”蘆山 M＝7.0級地震是龍門山斷裂帶地殼構(gòu)造應(yīng)力調(diào)整、地殼巖體應(yīng)力－形變過程進(jìn)入累進(jìn)性發(fā)展階段的必然結(jié)果。

b.觸發(fā)蘆山地震的斷層為NE走向的大川－雙石斷裂，震源斷層錯動的基本形式為壓性逆沖兼右旋走向滑動，沿斷層面最大滑動量達(dá)到1.51 m。

c.此次強烈地震的地殼破裂擴展方向具有明顯向龍門山中央斷裂發(fā)展的趨勢；但從余震活動分布情況來看，大川－雙石斷裂與映秀－北川斷裂之間尚未貫通，即存在一個明顯的地震“空區(qū)”。不能排除該部位再次發(fā)生較強地震的可能性。

圖10 汶川M＝8.0級地震余震活動圖Fig.10 Aftershock distribution map of the Wenchuan earthquake

圖11 蘆山地震與汶川地震的構(gòu)造破裂方向Fig.11 Tectonic fracture directions of the Lushan earthquake and the Wenchuan earthquake

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