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(作者系《地质构造学》主编,师从于著名地质学界泰斗张伯声院士,撰写专著7部,科研成果20余项)
2008年5月12日14时28分四川省汶川县突发了7.8(8.0)级大地震,摇动了大半个中国,震撼了半个亚洲,四川省之外的中国首都北京,上海,陕西,甘肃,湖北,云南,贵州,台湾等省市都有强烈晃动和震感,波及范围达1千600多公里,死亡人数(6万余)9千余人;我国南邻的越南和缅甸都受到了震动,其距震中远达3千3百余公里。这么大的地震具有什么样的地质构造背景呢?
一.汶川大地震的地质构造背景:
汶川区地质构造位置处于南北向东亚镜像反映中轴地震带与北东-南西向太行山-龙门山地震带的交织部位。前者从"康滇地轴"经四川的龙门山以西地带,再由甘肃武都向北通过天水,庄浪,静宁,以及六盘山,到宁夏的贺兰山,及其以西的北阿拉善,是一条纵贯中国,并把中国分为构造属性有明显差别的东西二部分的"东亚镜像反映中轴带";由历史地震的震中分布可知,它又是一条近南北向的地震带,故我国地震界习惯性地称之为"南北地震带"。由于这个带实际上是由一系列的北东向构造和一系(列)的北西向构造作麦穗状交叉而成,所以无论是环太平洋构造波系或特提斯构造波系的地震带活动,在"中轴带"上的相应部位都要发生较强地震。后者基本与燕辽-太行-龙门山构造带符合,向东北穿渤海,过渡到长白山构造带。这条地震带从太行山西侧及汾河断陷向西南抵达秦岭构造结,活动性突然减弱,斜穿秦岭后,到甘肃武都地区,又重新显示活动性,到四川松潘地区(包括汶川),已相当活动,然后通过康定,泸定,冕宁,西昌等处,进入云南,经腾冲和潞西,出国境。这祥的构造背景就必然形成了该区既是地震多发区又是地震强烈区。
二.汶川大地震的震因解析
2008年5月12日14时28分于N30.45-31.43度,E102.51-103.44度的汶川区发生了7.8(8)级大震,震源深29公里(10—20公里),释放能量相当于265颗原子弹,波及大半个中国。据初步统计,当天发生余震527次,其中6级以上2次,5-5.9级5次。这次大地震属浅源大地震,它震级高,震动范围广,释放能量大,余震频繁,分析其形成机制大约有三:其一,与本地块地质构造特征有关;其二,与南北向构造地震带和北东向构造地震带的活动规律有关;其三,与环太平洋构造波系的强烈活动有关。
1.汶川地块地质构造特征
汶川处于两大活动地块的衔接部位,其北为南北展布的松潘活动地块,其南为北东延伸的龙门山活动区;两大活动地块西侧为邛崃山基底隆起区,东侧为勉略宁基底隆起三角区和成都构造盆地(见图-.图二)。


图二 汶川地质构造与地震分布略图
汶川地震区从构造上看,应属龙门山活动断裂系统。龙门山呈北东走向,在与四川盆地的川西平原接壤处,出现3000米,2500米,1600米左右的几个地貌阶地逐渐下降至丘陵和平原。本带内由于高山峡谷显著,分水岭的海拔高度均在4000米以上,皆被构造和河流切割得支离破碎。沿龙门山活动断裂带的早古生代地层中分布有串珠状或线状排列的多期基性和酸性岩浆岩。燕山运动时断裂伴随大规模酸性和基性岩浆的侵入,造成一个宽度一般为15公里左右的鳞片状逆掩断层和逆断层带,由北西向东南逆推为主,使与川西平原接触形成突出的地形差异。从隆起很高并已变形的剥蚀面,具有特殊横断面的深切河谷,切割很深的地貌形态,温泉的存在,以及早期有过发生强烈地震活动的记录上看,足以说明本带地壳运动是既年轻又强烈,因此极易发生强烈的地震活动(图二)。
龙门山活动断裂带可以分出三个次级活动断裂带,自西向东为
1).汶川-勉县活动断裂带(又称平武-茂汶断裂带);
2).北川-中滩铺活动断裂;
3).江油-灌县活动断裂带。
以上三条主干活动断裂,在不同时间不同地点各有不同程度的活动,尤以前两条断裂带活动更为活跃,历史地震的分布基本上也落于这三条断裂带的某些部位,这次汶川大地震及其余震就分布于汶川-勉县活动断裂带及北川-中滩铺活动断裂带上。
2.汶川大地震的发生与南北向和北东向地震活动规律有关
从汶川及邻区历史地震活动规律分析,强烈地震主要分布于松潘至茂县,汶川的近南北向地带上,沿龙门山地区的地震仅在凤仪-威州一段有较强烈的地震外,其余均在6级以下,因此龙门山构造带为东北端地震弱而西南段地震强(图二)。
龙门山断裂带的地震活动性,在东段显示为密集成带,在时间上显示不均匀性,具有高潮期与低潮期交替出现;在频度与强度上均是时高时低或时强时弱地相继交替发生,并且是沿相同或不同的活动断裂相继发生的,总体表现为波浪式活动规律。此处历史地震频繁,近期微弱地震也较频繁,但地震不大,一般都在6级以下,仅在凤仪-威州-汶川一带才见6级以上地震发生,于2008年5月12日此带突发了7.8(8)级大地震。
茂县-汶川北东向活动构造带是地震频繁而强烈的地带。1933年8月25日茂县迭溪7.5级大地震及1955年茂县的6.2级地震,均是川西北较大的破坏性地震。极震区的等震线呈长椭圆形,长轴为北北东向分布。说明地震虽然是北东向断层活动引发,但因受南北向松潘-漳腊地震活动带的影响,使其长轴方向向北发生了偏转。有意思的是,在茂县城北7里之撮箕山,距岷江江岸2里的河谷砾石阶地上,原有二屋门户相对,在1898年-1933年间的35年中,东北侧向东南移动7.7米,平均每年移动0.22米。说明引发地震构造应力的方向似乎是西北-东南向的,也就是说其应力属环太平详构造波系。2008年5月12日发生的7.8(8)级大地震,其主震和千余次的余震都成北东向的带状展布,反映出其地震的发生主要是由茂县-汶川北东向断裂带和北川-中滩铺北东向断裂带活动造成的。
北部的松潘-漳腊南北向构造带,近年来地震活动尤为活跃,并呈南北向带状分布。1960年11月9日发生6 3/4级地震,后于1961年3月30日再次发生5.5级地震,其间4级以上地震尚有不少。震源深度较浅,前者为5公里;后者为10公里,因此震中区破坏性较大。就1960年漳腊的6 3/4级地震的震源力学分析,断层面错动方向为北东向,与区内主要断裂带方向一致,地震极震区等震线长轴也呈北北东-南南西向延展。
综上可以看出,汶川区及松潘区的地震活动都受北东向构造和南北向构造的双重控制。只是前者主要受控于北东向构造,而后者则主要受控于南北向构造而已。
3.汶川大地震的发生与环太构造波系的强烈活动有关
汶川2008年5月12日发生的7.8(8)级大地震,其波及的范围有一个明显的特点,其引起震动的地区主要是:1) "东亚镜像反映中轴带"即南北向构造展布范围,向南直到缅甸曼谷,达3千余公里; 2) "东亚镜像反映中轴带"以东的中国大部分地区,向东到我国台湾岛区,远达1千700余公里。这种特点反映出汶川大地震与环太构造波系的强烈活动密切相关。
众所周知,中国地壳全部位于特提斯构造活动带和环太平洋构造带的交织部位。也就是说,中国地壳既全部处于环太平洋构造活动带之内,又全部处于特提斯构造活动带之中。这两大构造带各自可以次分为若干近平行的构造带,它们像方向不同的两列波浪一样互相交织,形成中国地壳的波浪状镶嵌构造网。特提斯构造为北北西或北西向分布,环太平洋构造呈北东或北北东向展布。二者在中国地壳中部相干涉,就形成了近南北向展布的东亚镜像反映带,把中国地壳分成东,西两部分。西部以北北西和北西向构造为主,东部以北北东和北东向构造为主,二者以南北向中轴带为界互呈准对称分布。简单地说,特提斯构造波系主要影响中国西部地区,而环太平洋构造波系则主要影响中国东部地区。近年来,由于劳亚壳块与太平洋壳块及冈瓦拉壳块(含印度壳块)的相互作用,在中国及邻区的壳块内形成了一些应力聚集区带,这些区带大多数是地质构造脆弱区,极易发生较强地震。典型的区带有三个:东部的为日本岛-台湾岛-菲律群岛区;中部大约为N22-35度与E98-105度间的区域;西部约为N30-35度与E75-83度间的区带,这些区带都是大强地震高发区,应特别关注。在构造脆弱带间是构造稳定壳块,这些壳块刚性强,坚实度高,以致难以发生破裂,引发地震。但是,它们是构造应力波传递的桥梁,大多为无震区(有些仅分布一些小地震)。如中国的鄂尔多斯高原及西部戈壁沙漠区,塔里木盆地和四川盆地等,还有印度和印度支那地区及一些海洋壳块区。尤其要说明的是,四川盆地虽是一个无震区,它附近的东南部为低地震活动区,而它的西部则是高地震活动区,这次发生的7.8级汶川大地震就正在这个活动区内。
近年来,环太平洋活动构造带非常活跃,使日本岛,我国台湾岛,菲律宾岛地震频发,同时不停地向中国大陆传送应力能量,进而在中国地块尤其是中国东部一些构造脆弱的区带制造地震。
综上所述,引发这次汶川大地震的构造应力能量主要是来自环太构造带发动的应力波能聚集而成的,其次是汶川所处的特殊的构造位置,即处于北东向龙门山活动断裂与南北向松潘构造带交汇处,为应力波能量的大量储蓄创造了优越环境。当应力波能聚积到足以破坏储存它的岩体强度时,岩层便突然破裂,释放应力波能量,形成强烈地震。
三.汶川大地震余震浅析
汶川大地震自发生以来,余震频繁,多达千余次,其中6级以上地震就有3次。充分说明在这里聚集有非常大的构造能量,只有将这些能量释放殆尽,地震活动才能平静。由于震区定量资料匮乏,这里只能定性地作以分析。
1).震中区余震频发的原因简析
汶川大地震突发于龙门山活动构造带的汶川-勉县主干断裂带的西南端,深达39公里,释放出相当于265颗原子弹的能量。这不仅严重破坏了该主干断裂的构造能量平衡,也打破了龙门山构造带的构造均衡格局。在这种新的构造形势下,龙门山壳块便必然要通过其内部的断裂及断裂间夹的岩块进行构造位调整(势能和动能),以达到新的构造均衡,而趋于新的构造稳定状态。这一过程应是由深部向浅部,沿着龙门山断裂带的次级断裂进行。其表现为余震震中主要跳跃分布于龙门山三条次级活动断裂带上,震级大小混杂,震源时深时浅;但总的趋势是余震呈北东向发展,震级逐渐变小,震源由深变浅,最后因达到构造均衡而趋于平静。
2).地震波及范围简析
汶川7.8级大地震完全破坏了极震区震前构造镶嵌岩块或地块的致密和坚固,而变得松散和支离破碎,因此向外传播地震波能的能力减弱了。譬如汶川7.8级大地震原先可波及千余公里,而后于此地再发生同样7.8级大地震,那它的波及范围就可能缩小为700-800公里了。因此可以得出结论:汶川大地震的余震今后会越来越小;地震波及范围也会越来越小,中国大地趋于平静的日子为时不远了。
谨以此文献给在汶川大地震中遇难的人们!
并为大震中的幸存者祈福!
众志成城 抗震救灾
2008年5月13日夜完成于凤鸣斋
汶川特大地震经国家地震局核准,其震级为里氏8.0级,震中裂度为11度。此信息于5月18日20时余发布。
2008年5月19日又及
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