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(tái)，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(dòng)十分復(fù)雜，新構(gòu)造變動(dòng)和地震活動(dòng)十分復(fù)雜，該區(qū)已經(jīng)成為中國(guó)最顯著的強(qiáng)震活動(dòng)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(gè)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(jí)以上地震分別是:1713年(7級(jí))，1933年(7.4級(jí))，2008年(8級(jí))，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(duì)人類威脅最大，它所造成的直接和間接損失也是無法計(jì)算的，而地震的預(yù)防和預(yù)報(bào)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(bào)提供一些參考資料。目前全球有三個(gè)大的地震帶，這三個(gè)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(dòng)密切相關(guān)。根據(jù)大陸漂移理論，全球板塊運(yùn)動(dòng)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(huì)發(fā)生破裂，應(yīng)力以地震波的形式釋放出來，這時(shí)地震就發(fā)生了。板塊運(yùn)動(dòng)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(dòng)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(shí)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(guó)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(dòng)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(guó)發(fā)生的7級(jí)以上的地震都在20次以上，主要發(fā)生在三個(gè)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(jí)以上的地震次數(shù)最多，表1中的地震代表了中國(guó)最為活躍的幾個(gè)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(jí)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(guó)的地震分布在五個(gè)地區(qū)23個(gè)地震帶上，雖然國(guó)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(jí)地震，強(qiáng)震波及中國(guó)大陸大不部分地區(qū)，除東北，新疆個(gè)別地區(qū)無震感報(bào)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(jí)，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(jí)為里氏8.0級(jí)，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(shí)，共發(fā)生余震33 125次，其中5.0～5.9級(jí)32次，6級(jí)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(gè)省市的417個(gè)縣，4 667個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)，48 810個(gè)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(dòng)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(guó)人口密集，增加了傷亡的人數(shù)。汶川地震震級(jí)8級(jí)，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(guó)東西部在地質(zhì)構(gòu)造，地殼厚度以及地殼運(yùn)動(dòng)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(gè)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(shí)也向東北方向運(yùn)動(dòng)，對(duì)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?yàn)橛《劝鍓K對(duì)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(shí)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(shí)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(dòng)力來源

印度板塊由南向北對(duì)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(gè)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(zhǎng)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(dòng)力來源是青藏高原和華南地塊之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，造成在斷裂帶上能量積累，最終在這次地震時(shí)釋放。

圖2 中國(guó)地震分布圖

2 龍門山地區(qū)對(duì)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(tái)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(gè)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(dòng)性較弱，但是該地區(qū)的活動(dòng)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(dòng)造成的結(jié)果，川西高原地區(qū)的最新活動(dòng)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(jí)地震外，在此之后直到2008年汶川地震前，再無6級(jí)以上地震發(fā)生，5級(jí)以上地震數(shù)目也較少，大震缺失嚴(yán)重:在這段時(shí)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(huì)發(fā)生破裂和能量的釋放，最終發(fā)生了8.0級(jí)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(shí)間長(zhǎng)，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(dòng)，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(dòng)[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(dòng)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(dòng)，這個(gè)運(yùn)動(dòng)造成兩個(gè)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(dòng)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(dòng)，在龍門山斷裂帶附近，這個(gè)速度轉(zhuǎn)向東南，并引起沿整個(gè)約550 km長(zhǎng)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(dòng)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(zhǎng)的部分內(nèi)。根據(jù) GPS測(cè)量[12-13]，龍門山近300 km長(zhǎng)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(zhǎng)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(cè)得到的逆沖位移，以及與8級(jí)地震后的余震分布大致相符[14]，長(zhǎng)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(guó)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(jí)為里氏8.0級(jí)，矩震級(jí)7.9級(jí)，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?yàn)?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(dòng)，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(dòng)引起的聚斂率不同，分別受到斷層間聚斂應(yīng)力的長(zhǎng)期積累，應(yīng)力超過巖石所承受的強(qiáng)度時(shí)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(dòng)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]。

[1]孫莉.四川地區(qū)歷史地震活動(dòng)性分析[D].北京:中國(guó)地質(zhì)大學(xué).2010:7-8.

[2]黃潤(rùn)秋.汶川大地震次生災(zāi)害及其對(duì)重建的影響[R].成都:汶川大地震工程震害調(diào)查成果交流會(huì).2008:3-4.

[3]汶川地震生成原因[J].2009-09-02.WANXIA 2008(6):4-5.

[4]陳社發(fā)，鄧起東，趙小麟，等.龍門山中段推覆構(gòu)造帶及相關(guān)構(gòu)造的演化歷史和變形機(jī)制(一)[M].1994，16(4):404-412.

[5]鄧起東，陳社發(fā)，趙小麟.龍門山及其鄰區(qū)的構(gòu)造和地震活動(dòng)及動(dòng)力學(xué)[J].地震地質(zhì).1994.16(4):3-8.

[6]宋鴻彪，劉樹根.龍門山中北段重磁場(chǎng)特征與深部構(gòu)造的關(guān)系[J].成都地質(zhì)學(xué)院學(xué)報(bào).1991.18(1):74-82.

[7]陳學(xué)波，吳躍強(qiáng)，杜平山，等.龍門山構(gòu)造帶兩側(cè)地殼速度結(jié)構(gòu)特征[J].北京:地震出版社.1979.62-76.

[8]許志琴，候立瑋，王宗秀.中國(guó)松潘 -甘孜造山帶的造山過程[M].北京:地質(zhì)出版社.1992:45.

[9]王煥.汶川地震斷裂帶結(jié)構(gòu)特征及其與地震活動(dòng)性的關(guān)系[D].北京:中國(guó)地質(zhì)大學(xué).2011:55-57.

[10]楊志根.天文進(jìn)展[J].2007，25(3):270.

[11]楊志根，朱元清[J].科學(xué).60(3):14.

[12]Wang Qi Zhang pei-zhen，F(xiàn)reymueller JT etal Science[J].2001，294(5542):574.

[13]符養(yǎng).中國(guó)大陸現(xiàn)今地殼變形和 GPS坐標(biāo)時(shí)間序列分析[D].上海:中國(guó)科學(xué)院上海天文臺(tái).2002:34-35.

[14]楊志根.四川龍門山斷層帶的 GPS測(cè)量與2008年汶川地震[J].上海:中國(guó)科學(xué)院上海天文臺(tái).2008(29):3-4.

[15]陳志明.汶川地震成因及其大陸地震動(dòng)力源探討[J].中國(guó)科學(xué)院南京地理與湖泊研究所.2008:32(2):81-85.