淺析汶川地震的發(fā)生機(jī)理

王曉偉

(西北大學(xué) 地質(zhì)系，陜西 西安 710169)

四川盆地地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜多樣，它跨越太平洋構(gòu)造域，特提斯-喜馬拉雅構(gòu)造域，古亞洲構(gòu)造域。四川盆地自西向東具有很強(qiáng)的構(gòu)造分帶特點(diǎn)，以北川 -汶川 -小金河為界，以東為揚(yáng)子準(zhǔn)地臺，以西是松潘 -甘孜褶皺系。從新生代開始青藏高原地殼內(nèi)部物質(zhì)向東側(cè)和阿薩姆構(gòu)造頂點(diǎn)插入的共同作用，使得四川盆地的地殼變動十分復(fù)雜，新構(gòu)造變動和地震活動十分復(fù)雜，該區(qū)已經(jīng)成為中國最顯著的強(qiáng)震活動區(qū)域之一[1]。龍門山位于成都平原西北方向，青藏高原東部。由三個大的斷裂帶組成。自有地震記載以來，該地區(qū)一共發(fā)生3次七級以上地震分別是:1713年(7級)，1933年(7.4級)，2008年(8級)，這次的汶川地震與龍門山斷裂有怎樣的關(guān)系?

1 汶川地震

地震是全球自然災(zāi)害中對人類威脅最大，它所造成的直接和間接損失也是無法計算的，而地震的預(yù)防和預(yù)報目前全球還沒有系統(tǒng)的方法。了解地震的發(fā)生原因，有助于為日后地震的預(yù)報提供一些參考資料。目前全球有三個大的地震帶，這三個地震都處于大的板塊邊緣，也就是說大的地震都與板塊的運(yùn)動密切相關(guān)。根據(jù)大陸漂移理論，全球板塊運(yùn)動速度和方向都不相同，從而造成板塊之間發(fā)生碰撞和擠壓，應(yīng)力集中在巖石中，當(dāng)應(yīng)力達(dá)到一定的程度，巖石就會發(fā)生破裂，應(yīng)力以地震波的形式釋放出來，這時地震就發(fā)生了。板塊運(yùn)動速度是否穩(wěn)定 ，影響著地震發(fā)生，根據(jù) Sellaetal公布的數(shù)據(jù)，表明印度板塊和太平洋板塊以及澳大利亞板塊向北運(yùn)動的速率在1997年后明顯增加了，而2004年共發(fā)生了4次大地震比以往其他時間發(fā)生的地震無論在次數(shù)和能量上都要大，說明目前全球地震正處于高潮期。我國處于太平洋板塊與印度板塊碰撞縫合帶上，受印度板塊和太平洋板塊的擠壓，地震活動強(qiáng)烈，根據(jù)查閱資料可以得到，19世紀(jì)和20世紀(jì)中國發(fā)生的7級以上的地震都在20次以上，主要發(fā)生在三個地區(qū)，分別是川甘區(qū);川滇區(qū);冀遼區(qū)，其中以川甘區(qū)發(fā)生7級以上的地震次數(shù)最多，表1中的地震代表了中國最為活躍的幾個地震帶，這些地震都屬于構(gòu)造地震，除唐山大地震外都屬于淺源地震，震級大，烈度高，因此這些地震所造成的傷亡非常大，而且這些地震的發(fā)生都與斷層有關(guān)。我國的地震分布在五個地區(qū)23個地震帶上，雖然國土面積只占全球的7%，但是承受著全球超過3分之一的地震。2008年5月12日，四川省汶川縣發(fā)生里氏8.0級地震，強(qiáng)震波及中國大陸大不部分地區(qū)，除東北，新疆個別地區(qū)無震感報告外，其余地區(qū)均有不同程度的震感。這次地震所造成的破壞是近幾十年來少有的。汶川地震與以往地震無論在震級，傷亡情況，都是其他地震所無法比擬的。

1.1 汶川地震的特點(diǎn)

汶川地震的震級為里氏8.0級，這次地震釋放的能量大約為1976年唐山地震的二倍，最高地震烈度為6度，截止2008年10月10日中午12時，共發(fā)生余震33 125次，其中5.0～5.9級32次，6級以上 8次。受災(zāi)地區(qū)波及四川、甘肅、陜西、重慶和云南等10多個省市的417個縣，4 667個鄉(xiāng)鎮(zhèn)，48 810個村莊，受災(zāi)總面積達(dá)到50萬 km，其中特別嚴(yán)重的地區(qū)面積近13.2千米。汶川地震發(fā)生后隨之形成的地質(zhì)災(zāi)害嚴(yán)重，救災(zāi)難度大。交通不便高山峽谷是影響重災(zāi)區(qū)救災(zāi)的主要阻力，震后四川，甘肅。陜西災(zāi)區(qū)排查出的崩塌，滑坡。泥石流等地質(zhì)災(zāi)害及其隱患點(diǎn)13 000余處，較大的堰塞湖35處，大范圍的交通，電力，通訊的中斷導(dǎo)致此次救災(zāi)非常困難[3]。

四川盆地自晚三疊紀(jì)開始接受沉積至今形成了厚厚的沉積地層，盆地內(nèi)部地層發(fā)生過大規(guī)模的變形，地層不穩(wěn)定，因此震動較為嚴(yán)重，地層的不穩(wěn)定使地震的破壞力增強(qiáng);而且四川盆地自古被稱為天府之國人口密集，增加了傷亡的人數(shù)。汶川地震震級8級，震源深度為10～20km，屬于淺源地震，不屬于深板塊邊界的效應(yīng)，地震發(fā)生在地殼脆 -韌性轉(zhuǎn)換帶上，破壞性巨大[2]。

1.2 汶川地震的形成原因

汶川地處南北地震帶上。由于中國東西部在地質(zhì)構(gòu)造，地殼厚度以及地殼運(yùn)動速度方向相差很大，而且此次地震就發(fā)生在東西部差別最大的一個帶上——南北地震帶(圖2從寧夏經(jīng)甘肅東部.四川西部直至云南，都為地震密集帶)。印度洋板塊由南向北與歐亞板塊發(fā)生碰撞，碰撞促使青藏高原的隆升。青藏高原隆升的同時也向東北方向運(yùn)動，對四川盆地進(jìn)行擠壓使之向東北方向走滑，而汶川地震的震中就在青藏高原的東南方向，這次地震發(fā)生主要是因為印度板塊對歐亞板塊的擠壓造成的。地震剛開始主要是擠壓到快結(jié)束的時候可能還伴隨著走滑的能量釋放。汶川地震發(fā)生的中心位置在川西龍門山地區(qū)——茂汶大斷裂帶上。三條大斷裂組成了龍門山斷裂帶，自西向東分別是龍門山后山斷裂(逆沖斷裂帶)、龍門山主中央斷裂以及龍門山主邊界斷裂(逆沖斷裂帶)。汶川和茂汶位于后山斷裂上，同時后山斷裂帶在此之前發(fā)生大的地震，北川位于主中央斷裂上。都江堰市位于主邊界斷裂上[5]。這次汶川地震是屬于淺源地震，破壞力極大。發(fā)震方式為逆沖右旋，且震源深度淺，強(qiáng)烈的地面破壞，瞬間使汶川，茂汶，北川等地區(qū)變成一片廢墟。這次地震的破壞程度，破壞范圍，傷亡人數(shù)都是近幾十年來罕見的。

1.3 汶川地震的動力來源

印度板塊由南向北對歐亞板塊的擠壓，形成了世界屋脊青藏高原，其平均海拔高度超過5 000 m，地殼厚度達(dá)60～70 km，而四川盆地的地殼厚度只有40 km。在這種狀態(tài)下，青藏高原升高或者地殼增厚被阻礙，高原內(nèi)部物質(zhì)只能向東和向北擴(kuò)張，導(dǎo)致高原在這兩個方向上的增生。由于強(qiáng)硬的四川盆地的阻擋，在青藏高原東部與四川盆地西部形成了南起瀘定和天全，北達(dá)廣元和陜西勉縣、長近500 km、寬40～50 km、北東走向的龍門山脈。而龍門山山脈主要的巖石單元是能夠抵抗破壞和斷裂強(qiáng)度特別大的雜巖體，這種巖石積累了很大的能量在瞬間釋放形成了強(qiáng)烈的地震。因此這次地震的最根本動力來源是青藏高原和華南地塊之間的相對運(yùn)動，造成在斷裂帶上能量積累，最終在這次地震時釋放。

圖2 中國地震分布圖

2 龍門山地區(qū)對汶川地震的作用

2.1 龍門山地區(qū)主要構(gòu)造帶

文章所提到的龍門山地區(qū)主要指汶川 -茂汶逆斷裂，映秀-北川逆斷裂，灌縣-安縣逆斷裂以及岷山隆起。前面這三條斷裂是具有發(fā)生強(qiáng)烈地震能力的主干斷裂，此次汶川地震就發(fā)生在這三條斷裂帶上(表3)，其中主要破裂帶是映秀-北川逆斷層。這三條斷裂在垂直剖面上呈疊瓦狀向四川盆地內(nèi)逆沖推覆，斷裂傾角從地表向下逐漸變緩，最終斷裂收斂合并成為一條剪切帶，成為青藏高原推覆四川盆地的主要控制構(gòu)造，強(qiáng)烈的推覆致使四川盆地與龍門山高差巨大，形成巨大的地貌臺階，是大陸內(nèi)部最為陡峭的地區(qū)。岷山隆起曾在18世紀(jì)和20世紀(jì)初發(fā)生幾次大的地震，并且地震都發(fā)生在岷山隆起西緣的岷江斷裂帶上。

表1

2.2 龍門山地區(qū)深部構(gòu)造背景

龍門山地區(qū)布格重力異常值為負(fù)值，東部高西部低。龍門山地區(qū)存在一條磁異常陡變帶，異常值范圍很大，磁異常區(qū)東部高值西部負(fù)值;該地區(qū)地震波速結(jié)構(gòu)差異大，西部高原地區(qū)上中下地殼速度差異不大，厚度差異較大，東部地區(qū)地殼速度差異較大，厚度差異很大，從幾千米到幾十千米[6-7]。從莫霍面深度來看，龍門山推覆構(gòu)造帶為 43～45 km，前陸盆地為40 km左右，由于巖石圈底部存在一個深部滑脫層，本區(qū)巖石圈底部曾經(jīng)發(fā)生過突變，而且?guī)r石圈厚度也加深，松潘-甘孜褶皺帶存在厚約3～5 km的低速高速層[8]，這些特點(diǎn)均說明龍門山地區(qū)深部構(gòu)造背景非常復(fù)雜。

2.3 龍門山與汶川地震的關(guān)系

雖然龍門山地區(qū)與南北地震帶南北段相比活動性較弱，但是該地區(qū)的活動性已經(jīng)發(fā)生轉(zhuǎn)移，從龍門山中段向岷山隆起帶轉(zhuǎn)移，這一現(xiàn)象是第四紀(jì)構(gòu)造活動造成的結(jié)果，川西高原地區(qū)的最新活動邊界就是這樣構(gòu)成的[4]。該區(qū)除在1976年發(fā)生過一次6.8級地震外，在此之后直到2008年汶川地震前，再無6級以上地震發(fā)生，5級以上地震數(shù)目也較少，大震缺失嚴(yán)重:在這段時間應(yīng)該是能量的積累階段，當(dāng)能量積累到一定程度，巖石就會發(fā)生破裂和能量的釋放，最終發(fā)生了8.0級地震[9]。此次汶川地震屬于逆沖，右旋，擠壓型斷層地震也屬于三大地震類型中的構(gòu)造地震，而全球發(fā)生過大的地震，構(gòu)造地震占90%。汶川地震之后余震強(qiáng)度大，持續(xù)時間長，出現(xiàn)這些情況的原因可能是:主要破裂帶映秀 -北川逆斷層，在擠壓應(yīng)力作用下，由西南向東北逆沖運(yùn)動，致使余震向東北方向擴(kuò)張，應(yīng)力傳播和釋放過程比較緩慢。

印度板塊以55.1 mm/a的速度以北偏東53.2度的方位作俯沖運(yùn)動[10-11]，大約 5mm/a的年速度被消耗;印度板塊北偏東向的俯沖運(yùn)動和擠壓，引起了青藏高原地區(qū)以30～39 mm/a的速度北偏東向運(yùn)動，這個運(yùn)動造成兩個結(jié)果:引起塔里木盆地南北邊緣地區(qū)約8～15 mm/a的速度向北略偏西的地殼運(yùn)動和青藏高原東北部至巴顏拉山地區(qū)10～15 mm/a向東略偏北的速度矢量;由于在印度板塊作用下南北向擠壓產(chǎn)生的青藏高原東部區(qū)域8～12 mm/a向東偏南的地殼形變運(yùn)動，在龍門山斷裂帶附近，這個速度轉(zhuǎn)向東南，并引起沿整個約550 km長的龍門山主斷裂帶的西北-東南兩側(cè)附近區(qū)域由擠壓產(chǎn)生的東南向的運(yùn)動速度差，也即斷層間的聚斂率3～5 mm/a。龍門山斷層帶的主中央斷層走向可分為西南段和東北段，汶川地震的余震主要分布在龍門山近西南段約380 km長的部分內(nèi)。根據(jù) GPS測量[12-13]，龍門山近300 km長的破裂帶的西南段部分的聚斂率為3～5 mm/a，而破裂帶的東北段部分聚斂率為1～2 mm/a，表明龍門山近300 km長破裂帶兩側(cè)的聚斂率在其西南段和東北段的數(shù)值可能是不一樣的，由西南向東北大致是變小的，這與沿龍門山斷層觀測得到的逆沖位移，以及與8級地震后的余震分布大致相符[14]，長期的斷層間聚斂應(yīng)力的累積，是這次汶川特大地震的發(fā)生的最主要原因。

表 2[5]

3 結(jié)語

汶川地震的猝然來襲，使大地顫抖，山河移位，是新中國成立以來破壞性最強(qiáng)，波及范圍最大的一次地震，這次地震造成的直接經(jīng)濟(jì)損失8 452億元，四川損失最為嚴(yán)重，占到總損失的91.3%，這次地震震級為里氏8.0級，矩震級7.9級，震中烈度最高達(dá)11度，震源深度為14 km，屬于淺源地震，地震類型為構(gòu)造地震。地震原因為:印度板塊向歐亞板塊俯沖，造成青藏高原快速隆升，高原物質(zhì)向東緩慢流動，在青藏高原東緣沿龍門山向東擠壓，遇到四川盆地下部的剛性巖體的阻擋，由于斷裂帶斷層間的板塊運(yùn)動引起的聚斂率不同，分別受到斷層間聚斂應(yīng)力的長期積累，應(yīng)力超過巖石所承受的強(qiáng)度時造成應(yīng)力的積累，最終在龍門山中央斷裂帶上釋放。破裂構(gòu)造沿龍門山中央斷裂帶迅速擴(kuò)展，產(chǎn)生了地震破裂帶，導(dǎo)致本區(qū)構(gòu)造活動頻繁，應(yīng)力集中是地震的多發(fā)區(qū)，汶川地震的發(fā)生表明青藏高原的擠壓應(yīng)力集中區(qū)由北部轉(zhuǎn)向東部[14]。

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