汶川大地震宏觀震中問題的討論*

喬建平，黃棟，楊宗佶，孟華君，3

(1.中國科學(xué)院地表過程與山地災(zāi)害重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川成都610041;2.中國科學(xué)院·水利部成都山地災(zāi)害與環(huán)境研究所，四川成都610041;3.中國科學(xué)院研究生院北京100049)

0 引言

地震微觀震中與宏觀震中具有不同的概念。地震微觀震中是由各地震臺(tái)記錄的地震波到達(dá)的初始時(shí)間計(jì)算得到的震中位置。地震宏觀震中是通過地震現(xiàn)場宏觀考察，根據(jù)地表破壞程度劃分等震線后，確定的震中位置。因此對(duì)于同一次地震，有可能得到的微觀和宏觀震中位置就會(huì)出現(xiàn)一定差異。地震微觀震中通常是以一個(gè)點(diǎn)的位置表示，即經(jīng)緯度震中位置。而地震宏觀震中通常是以一個(gè)破壞區(qū)域范圍的位置表示，即區(qū)域面積震中位置。如在我國西南地區(qū)自1970年以來的幾次大地震震中位置確定中，都出現(xiàn)了微觀和宏觀地震震中的差異性(表1)。

汶川8級(jí)地震也不例外，同時(shí)出現(xiàn)微觀和宏觀震中位置的差異性。而且宏觀震中的位置比表1中的情況更復(fù)雜。汶川地震與表1中的地震有所不同，在地震瞬間觸發(fā)了前所未有的大規(guī)模崩塌滑坡，有的規(guī)模甚至達(dá)到世界之最。本文通過地震誘發(fā)崩塌滑坡的特點(diǎn)，結(jié)合地面建筑物破壞狀況，提出山地地震宏觀震中判別推論，為山地地震宏觀震中確定提供一種依據(jù)。

1 汶川地震微觀震中

2008年5月12 日汶川8.0級(jí)地震發(fā)生后，中國地震臺(tái)網(wǎng)中心、美國國家地震信息中心等機(jī)構(gòu)分別確定了此次地震的發(fā)震位置(初始破裂位置)和發(fā)震時(shí)刻，其中與有些國家提供的數(shù)據(jù)接近(表2)［2］。

表1 西南地區(qū)近代大地震微觀和宏觀震中統(tǒng)計(jì)(據(jù)中國近代地震目錄［1］)

表2 汶川地震主要震源參數(shù)［2］

汶川8級(jí)地震微觀震中是經(jīng)國家地震臺(tái)網(wǎng)綜合測(cè)定的發(fā)震斷層初始破裂點(diǎn)位置，即中國地震局公布的31.0°N、103.4°E。這個(gè)位置所表明的僅僅是發(fā)震斷層破裂的起始點(diǎn)，而并不是應(yīng)力釋放最大的位置。從這個(gè)破裂點(diǎn)開始向NE方向延展，應(yīng)力逐漸釋放，直到斷層破裂連通、應(yīng)力才完全釋放，所以會(huì)在汶川NE方向的幾個(gè)地方出現(xiàn)地表破壞相對(duì)更重的結(jié)果。根據(jù)微觀震中位置坐標(biāo)，可以確定離微觀震中地理位置最近的居民點(diǎn)是汶川縣漩口鎮(zhèn)八角廟村達(dá)加山上的桂子坪。距離微觀震中直線距離最近的縣級(jí)城鎮(zhèn)是都江堰市，只有21 km，距汶川縣反到有56 km，距汶川縣映秀鎮(zhèn)WS38°方向約11 km，汶川縣水磨鎮(zhèn)NW11.5°約7.5 km。微觀震中地處岷江右岸小支流—古溪溝溝尾附近(圖1、圖2)。“據(jù)當(dāng)?shù)卮迕窠榻B，地震發(fā)生后，山上多處斷裂垮塌，曾出現(xiàn)了泥漿、異味等現(xiàn)象。還有人聲稱，那里噴出了巖漿。而現(xiàn)場考察專家一行到達(dá)現(xiàn)場后，并沒有發(fā)現(xiàn)這些現(xiàn)象。放眼望去，達(dá)加山附近只有一些小范圍的房屋垮塌與山體塌方，完全沒有想像中的慘狀”［3］。此次地震微觀震中的破壞情況與一般地震微觀震中破壞規(guī)律基本符合。所以汶川微觀震中區(qū)不是次生災(zāi)害嚴(yán)重區(qū)域。地震斷層的初始破裂點(diǎn)，還不能夠產(chǎn)生觸發(fā)足夠規(guī)模崩塌滑坡發(fā)生的能量。臺(tái)網(wǎng)設(shè)備先收到汶川漩口的地震數(shù)據(jù)，震級(jí)不高，主要是淺源(約2.5 km)地震，破壞較強(qiáng)。但汶川方向的震源迅速擴(kuò)張，其能量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于漩口，震源深度最深為12 km，仍屬于淺源地震，故破壞力也大，共持續(xù)時(shí)長80 s。也就是說，汶川大地震開始于漩口(設(shè)備記錄)終于北川，震區(qū)半徑大約50 km，斷裂帶破裂到北東方向的青川縣。地震帶長度300 km。最大深度12 km。

圖1 微觀震中區(qū)域位置景觀(據(jù)新華網(wǎng)新洋)

圖2 微觀震中古溪溝溝尾(據(jù)新華網(wǎng)新洋)

2 確定宏觀震中的方法

宏觀震中是地表實(shí)際破壞最嚴(yán)重的區(qū)域，這個(gè)位置往往不一定是狹義上的一個(gè)點(diǎn)，可以是一個(gè)區(qū)域范圍，即極震區(qū)。同時(shí)也可以認(rèn)為，極震區(qū)的中心位置就是宏觀震中位置。從這個(gè)位置區(qū)(極震區(qū))再按照不同程度的地表破壞類型標(biāo)準(zhǔn)，可以確定出不同程度等級(jí)的破壞區(qū)域，即宏觀地震烈度區(qū)。其中，地表建筑物、滑坡、崩塌災(zāi)害都是判斷地表震害的標(biāo)準(zhǔn)之一。對(duì)汶川地震的宏觀震中存在多種看法，如黃潤秋［4］認(rèn)為汶川地震應(yīng)該改為“映秀北川地震”，因?yàn)橛承闶潜敬蔚卣鸬恼鹬?，而北川處于地震的主震帶上，受?zāi)情況更為嚴(yán)重。南方周末網(wǎng)(2009年)［5］，“野外地質(zhì)考察發(fā)現(xiàn)，汶川大地震的4個(gè)宏觀震中分別位于:①汶川縣映秀鎮(zhèn)附近;②彭州市龍門山鎮(zhèn)－綿竹市清平鄉(xiāng);③北川縣曲山鎮(zhèn)－陳家壩鄉(xiāng);④青川縣馬公鄉(xiāng)－紅光鄉(xiāng)。在這4個(gè)極震區(qū)內(nèi)，滿目瘡痍，房屋垮塌，整個(gè)山體被“開腸剖肚”，到處是滑坡、塌方、泥石流;公路、橋梁、電站被毀被埋。山體在痙攣，溝谷在疼痛。蔡山等人認(rèn)為［6］，最大地震烈度出現(xiàn)在映秀和北川兩地周圍，為XI度;同一烈度范圍宏觀分布走勢(shì)一致(表3)。按此觀點(diǎn)，汶川地震應(yīng)該在映秀和北川各有一個(gè)宏觀震中，即兩個(gè)XI度區(qū)的中心位置。

李志強(qiáng)認(rèn)為［7］，汶川地震宏觀震中是由汶川地震極震區(qū)的2個(gè)區(qū)塊組成，按照一般宏觀震中的定義將有2個(gè)宏觀震中，即映秀和北川宏觀震中。其中，映秀段(起于汶川漩口鎮(zhèn)，終于綿陽清平鄉(xiāng))，短軸直徑為17 km，長軸直徑為97 km;北川段(起于北川擂鼓鎮(zhèn)，終于平武南壩鎮(zhèn))，短軸直徑為15 km，長軸直徑為71 km，形成2個(gè)宏觀震中帶。汶川地震宏觀震中不再是傳統(tǒng)意義上的一個(gè)點(diǎn)，而是一組點(diǎn)，甚至可以將汶川地震宏觀震中視為映秀和北川兩組斷續(xù)的窄帶。鄢家全等認(rèn)為［8］，1次大地震只定一個(gè)宏觀震中為宜。如1976年5月發(fā)生在云南龍陵地區(qū)的7.3級(jí)和7.4級(jí)地震，盡管都繪有2個(gè)極震區(qū)，在1983年版的《中國地震目錄》和1999年版的《中國近代地震目錄》中，也是1次一個(gè)宏觀震中。他確定的汶川地震宏觀震中位于北川附近(31.7°N，104.20°E)與微觀震中(31.0°N、103.4°E)的差距達(dá)110 km。

綜上觀點(diǎn)，汶川地震的宏觀震中存在1個(gè)、2個(gè)、4個(gè)的確定方法。但無論那一種方法，都可以看出汶川地震的微觀震中與宏觀震中之間具有一定差距。根據(jù)中國地震局公布的汶川地震烈度圖［9］，作者認(rèn)為將汶川地震的宏觀震中確定為2個(gè)比較合理，即映秀極震區(qū)宏觀震中和北川極震區(qū)宏觀震中(圖3)。汶川地震極震區(qū)(Ⅺ度區(qū))面積約2 419 km2，以汶川縣映秀鎮(zhèn)和北川縣縣城為兩個(gè)中心呈長條狀分布。其中，映秀極震區(qū)(Ⅺ度區(qū))沿汶川－都江堰－彭州方向分布，長軸約66 km，短軸約20 km;北川極震區(qū)(Ⅺ度區(qū))沿安縣－北川－平武方向分布，長軸約82 km，短軸約15 km。對(duì)于以山區(qū)地貌為主的2個(gè)極震區(qū)宏觀震中，可以根據(jù)地震誘發(fā)的崩塌滑坡規(guī)模和地表建筑物破壞程度，以及幾何中心法來確定(修保琨等)［10］。由于汶川大地震發(fā)生在高、中、低山皆有的地貌山區(qū)，無論誘發(fā)的崩塌滑坡數(shù)量和規(guī)模遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過有記載以來的地震事件。所以在確定宏觀震中時(shí)，選擇參考地震誘發(fā)崩塌滑坡特點(diǎn)，結(jié)果將會(huì)更準(zhǔn)確。

圖3 汶川地震烈度圖(據(jù)中國地震局)

2.1 映秀極震區(qū)宏觀震中區(qū)

2.1.1 牛圏溝蓮花芯宏觀震中

汶川縣映秀鎮(zhèn)何家山牛圏溝蔡家杠村附近的一個(gè)叫“蓮花芯”的山頂，在該極震區(qū)內(nèi)，地表建筑物破壞最嚴(yán)重的區(qū)域是映秀鎮(zhèn)，而地震瞬間誘發(fā)最大規(guī)模的崩塌滑坡均在牛圏溝蓮花芯山上。蓮花芯山體約500多萬m3的崩塌滑坡體以每秒約400 m的速度越過蓮花芯溝，從山頂被拋甩到1 km外的牛圈溝，形成規(guī)模巨大的碎屑流，進(jìn)入牛圈溝后又沿溝滑行2.5 km，將牛圈溝完全填平，堆積體高出原溝床平均50 m。全過程僅用了不到10 s的時(shí)間。充分顯示了地震瞬間在此產(chǎn)生的巨大破壞能量之所在(圖4、圖5)。在映秀極震區(qū)范圍內(nèi)，除地表建筑物破壞情況外，都江堰和彭州兩市發(fā)生的地震瞬時(shí)型崩塌、滑坡都沒有牛圈溝滑坡的規(guī)模大，運(yùn)動(dòng)距離遠(yuǎn)，破壞力強(qiáng)。因此將牛圈溝確定為映秀極震區(qū)的宏觀震中是合理的，其坐標(biāo)位置:31.045 6°N，103.455 6°E。牛圈溝宏觀震中距與微觀震中距相差較小僅有3.9 km。

圖4 牛圈溝滑坡遙感影像圖

圖5 牛圈溝蓮花芯滑坡碎屑流

2.1.2 極震區(qū)幾何宏觀震中

從極震區(qū)映秀向NE方向延伸，包括都江堰市、彭州市北部均地震烈度XI度范圍，形成一個(gè)橢圓條帶。采用幾何中心法［10］，將映秀極震區(qū)視為66×22 km的橢圓體，可以求出幾何宏觀震中位置(31.08°N、103.6°E)與微觀震中相差為26 km。幾何宏觀震中的位置應(yīng)該位于都江堰北西與汶川北東交界處。幾何震中與牛圈溝宏觀震中相差為21.1 km(圖6)。

圖6 汶川地震極震區(qū)宏觀震中圖

2.2 北川極震區(qū)宏觀震中區(qū)

2.2.1 北川老縣城宏觀震中

北川老縣城是汶川地震損失最為嚴(yán)重的地區(qū)。地震瞬間誘發(fā)的規(guī)模不等的崩塌滑坡對(duì)老縣城建筑物造成了毀滅性的破壞。從建筑物集中破壞的程度和財(cái)產(chǎn)損失、人員傷亡情況，以及滑坡崩塌分布密度評(píng)價(jià)，北川老縣城應(yīng)該成為北川極震區(qū)的宏觀震中位置。同時(shí)在北川縣城西南方向的安縣北部和綿竹市北部相鄰處，地震瞬間同時(shí)誘發(fā)了體積約5億m3的目前地球上規(guī)模最大的大光包滑坡和體積約5 000萬m3韓家大坪的滑坡(圖7、8、9)，這些地震滑坡的觸發(fā)能量已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過北川縣城王家?guī)r滑坡的觸發(fā)能量。但將地面建筑物破壞程度與巨大型滑坡分布距離相結(jié)合，確定宏觀震中為老縣城中心地帶是合理的，其坐標(biāo)位置:31.863 7°N，104.361 0°E。與微觀震中相差達(dá)128 km(圖6)。

2.2.2 極震區(qū)幾何宏觀震中

從極震區(qū)北川Ⅺ度區(qū)向NE、SW方向延伸，均為地震烈度XI度范圍，形成一個(gè)橢圓條帶。沿安縣－北川－平武方向分布的82×15 km橢圓體，同樣方法求出幾何宏觀震中(31.928 1°N、104.522 7°E)與微觀震中相差為149 km。幾何宏觀震中的位置仍位于北川境內(nèi)。北川老縣城宏觀震中與北川幾何宏觀震中相差17 km(圖6)。但幾何宏觀震中與大光包滑坡和韓家大坪滑坡的距離比北川老縣城宏觀震中更遠(yuǎn)，所以不符合地震能量釋放的規(guī)律。

圖7 北川極震區(qū)發(fā)震斷裂影像圖(據(jù)JAXA)

圖8 安縣大光包滑坡后壁(據(jù)成都理工大學(xué))

圖9 綿竹市文家溝韓家大坪滑坡堆積體

3 汶川地震宏觀震中位置

根據(jù)中國地震局公布的結(jié)果(見圖3)，汶川地震的震中烈度達(dá)Ⅺ度，以汶川映秀鎮(zhèn)和北川縣城為兩個(gè)中心位置。確定這2個(gè)宏觀震中的主要參考依據(jù)是地表建筑結(jié)構(gòu)的破壞程度。但從圖6可見，如果采用幾何震中為宏觀震中位置，2個(gè)震中點(diǎn)位置都分別與地震誘發(fā)的巨、大型滑坡距離較遠(yuǎn)，不能完全反映地震破壞能量的影響。同樣距微觀震中的距離也相對(duì)較遠(yuǎn)。所以，作者認(rèn)為應(yīng)該以地面建筑物破壞和誘發(fā)滑坡規(guī)模相結(jié)合，判定映秀鎮(zhèn)牛圏溝及北川老縣城為本次地震的2個(gè)宏觀震中位置。以這2個(gè)宏觀震中為中心點(diǎn)，可將汶川地震的10個(gè)極重災(zāi)區(qū)縣市從空間劃分為2個(gè)主要影響范圍區(qū)(表4、見圖6)。

表4 汶川地震宏觀震中統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)

4 結(jié)論

(1)汶川大地震的微觀震中與宏觀震中同西南地區(qū)已發(fā)生的7級(jí)以上大地震一樣，也具有一定差異，但此次地震在同一次斷裂帶上出現(xiàn)2個(gè)I0≥XI的極震區(qū)。從宏觀地表破壞的特點(diǎn)判斷，應(yīng)該存在2個(gè)宏觀震中。

(2)根據(jù)汶川大地震山區(qū)的地質(zhì)地貌環(huán)境條件，以及地震誘發(fā)的前所未有的大規(guī)模崩塌滑坡特點(diǎn)，采用地震崩塌滑坡與地表建筑物破壞相結(jié)合的分析法和極震區(qū)幾何中心確定法判定了2個(gè)宏觀震中的位置。判斷結(jié)果，前一種方法更符合客觀情況。其中映秀極震區(qū)宏觀震中位于:31.045 6°N、103.455 6°E;北川極震區(qū)宏觀震中位于:31.863 7°N、104.361 0°E。

(3)宏觀震中位置的確定有利于進(jìn)一步認(rèn)識(shí)地表破壞與地震能量釋放的規(guī)律，為防御次生地質(zhì)災(zāi)害提供參考。

(4)文中的判別方法僅僅是定性分析，沒有定量評(píng)價(jià)的效果。該方法的可靠性還有待于進(jìn)一步提高。

［1］中國地震局震害防御司．中國近代地震目錄(公元1912年－1990年Ms≥4.7)［M］．北京:中國科學(xué)技術(shù)出版社，1999:224－410.

［2］趙翠萍，鄭勇．汶川8.0級(jí)地震科學(xué)研究報(bào)告［M］．北京:地震出版社，2009:1－14.

［3］四川在線－天府早報(bào)．“牛圈溝”可能是“5－12大地震”震中［EB/OL］．(2008－08－04)［2011－11－11］．http://news．qq.com/a/20080804/000706.htm．

［4］國土資源新聞網(wǎng)．四川政協(xié)副主席倡議汶川地震更名映秀北川地震［EB/OL］．(2008－05－20)［2011－11－11］．http://news．sina．com．cn/c/2008－05－20/185315581137.shtml．

［5］嵇少丞．血的教訓(xùn)不應(yīng)淡忘——寫在汶川大地震一周年之際［EB/OL］．(2009－05－14)［2011－11－11］．http://www．infzm．com/content/28331/1.

［6］蔡山，張景發(fā)，陳文凱，等．利用遙感資料繪制汶川地震烈度圖方法研究［J］．大地測(cè)量與地球力學(xué)，2009，29(1):128－35.

［7］李志強(qiáng)，袁一凡，李曉麗，等．對(duì)汶川地震宏觀震中和極震區(qū)的認(rèn)識(shí)［J］．地震地質(zhì)，2008，30(3):765－776.

［8］鄢家全，李金臣，俞言祥．論宏觀震中及快速估定方法［J］．震災(zāi)防御技術(shù)，2010，5(4):399－417.

［9］中國地震局震災(zāi)應(yīng)急救援司．汶川8.0級(jí)地震烈度分布圖［EB/OL］．(2008－08－29)［2011－11－11］．http://www．cea．gov．cn/manage/html/8a8587881632fa5c0116674a018300cf/_content/08_08/29/1219979564089.html．

［10］修保琨，丁幼文，趙其強(qiáng)，等．地震地質(zhì)學(xué)［M］．北京:地震出版社，1982:291－316.