汶川地震特点剖析

摘要:针对四川汶川发生的里氏8.0级特大地震,文章通过分析该区已有地质资料及地震资料,结合崩塌、滑坡体调查分析、遥感影像解译分析、GPS测量和野外调查成果,剖析了此次大地震的一些现象,分析了四川汶川大地震与垂向隆升应力作用引起的岩石破裂作用密切相关。文章为今后的地震预测预报和抗震救灾提供了新的思路。

关键词:汶川地震;崩塌;滑坡;垂向隆升;遥感

中图分类号:TU241文献标识码:A文章编号:1009-2374(2010)01-0160-02

2008年5月12日14时28分,四川汶川发生里氏8.0级特大地震,引发了多种地质灾害,单位面积内地质灾害数量惊人,给人民群众生命财产造成重大损失。对于此次罕见的大地震,笔者试图通过分析该区域已有地质资料及地震资料,结合崩塌、滑坡体调查分析、遥感影像解译分析、GPS测量和野外调查成果,剖析了此次大地震的一些现象,以便于为今后的地震预测预报、抗震救灾和灾后恢复重建提供技术服务。

四川汶川大地震震中位于都江堰市西南映秀镇附近,余震不断,并向其东北方向迁移,波及等16个省区。影响范围波及到四川、甘肃、陕西、重庆、新疆、、蒙古、朝鲜半岛、东南亚,震感范围十分广阔。

一、四川汶川大地震与断裂构造带活动密切相关

从甘肃天水-陕西汉中-四川汶川-四川汉源存在一条规模巨大的裂生线型深大断裂带,它属于一条大陆岩石圈消减带,正是西部海西期地槽构造层(松潘-甘孜褶皱带)与东部晋宁期地台构造层(扬子地台)的分界线,也是基本大地构造单元分界线。它主体表现为逆断层特点,具明显的逆冲、右旋、挤压断裂特点。这条规模巨大的裂生线型深大断裂带就是位于青藏高原与四川盆地之间的龙门山大断裂,长约500公里、宽约70公里,走向为北东-南西。从遥感影像(图1)上清晰可以看到,这条断裂可以分为三组:东南部为龙门山前主边界断裂带(都江堰-和县断裂);后龙门山大断裂(西北部为理县断裂);主中央断裂带(中间为映秀-北川断裂)。

这三组断裂在影像上十分清晰,呈近乎平行等间距分布,次级断裂十分发育,显现“束”状特点。据历史资料分析,在这三组断裂带上,大小地震活动非常频繁,尤其是在都江堰西北至北川一带以及理县一带,6～7级以上地震次数多,强度大。

四川汶川大地震与青藏高原快速隆升作用引起东缘龙门山构造带运动,使构造应力在北川-映秀地区强烈释放,导致在地壳脆-韧性转换带发生了破坏性巨大的浅源地震。

二、四川汶川大地震与垂向隆升作用引起的岩石破裂作用密切相关

(一)汶川地震极震区崩塌、滑坡显示地震垂向力作用明显

汶川地震引发的地质灾害呈现单位面积内数量之大是此次地震地质灾害的一大特点。地质灾害类型以崩滑为主,崩塌远多于滑坡。“5.12”汶川大地震诱发了近15000多处滑坡,仅汶川县境内,滑坡就多达164处,崩塌1732处。汶川地震区的龙门山构造带是由一系列北东向展布的、左行雁列的紧密褶皱和3条主干大断裂及次级断裂系组成,自东向西包括龙门山前主边界断裂带、主中央断裂带和后龙门山大断裂构成的复杂褶皱冲断带。地震诱发的滑坡、崩塌和泥石流等灾害发生密度最大的地区主要在汶川、什坊、绵竹、安县、北川和青川等地,主要沿龙门山中央断裂带和后龙门山大断裂带展布(图1)。从密度上统计,沿龙门山中央断裂带汶川映秀-安县高川-北川陈家坝-平武南坝一线,滑坡密度大于50%以上,最大可达70%。

此次地震引起的滑坡与常见的滑坡有显著不同的特点:

1.汶川地震滑坡的滑床往往不具有连续的、完整的滑坡面,剪出口滑坡特征不明显,呈现明显的“尖点凸起”或“边缘突出”特征,清晰反映出上部滑坡体被地震震动解体,甚至是抛掷后与下部滑床边缘发生碰撞。根据强震地面运动记录和实地调查结果分析发现,在汶川地震极震区,触发滑坡的地震垂向力作用十分明显,大量滑坡经历了初始斜坡-地震抛掷-撞击崩裂-高速滑流的作用过程。在汶川地震区,震中距小于10公里的极震区,即龙门山主中央断裂构造带汶川映秀-北川-青川约300公里的地震带上,垂向地震加速度大于水平地震加速度。统计显示,在极强震区,大量滑坡体呈现上部山体被抛掷后迅速下坠并撞击下部基岩凸起或台阶,形成光圆的凸起或台缘。北川陈家坝太洪村滑坡是一个典型范例,山体在地震力作用下,上部崩滑体被分离母体抛掷,然后在台缘与下覆基岩发生碰撞崩裂,转化为高速碎屑流。这是极震区滑坡的一大共性。

2.此次地震引发的崩塌、滑坡在山体上呈现群滑特点明显(图2),影像上浅色区域顺坡向放射状排列的滑坡群十分清晰。一般情况下,一般外力引发的崩滑大多以单体居多,影响深度有限,崩滑以原岩结构不受破坏,且滑坡多余崩塌为特点。而汶川地震引发的崩滑,导致崩滑的地震波来自地壳内,这种自内而外的伤筋动骨的破坏远比一般外力对山体表层的破坏严重的多。这就说明,此次地震引发上下震动的作用力远比水平作用力要强的多。

综上所述,汶川地震及震区崩塌、滑坡的产生显示出此次地震垂向力作用明显。

(二)汶川大地震与南北地震带垂向隆升作用引起的岩石破裂作用密切相关

从川陕甘青地区新构造-地震-遥感影像图(图3)分析,川陕甘青地区存在上述甘肃天水、陕西汉中-汶川-汉源这条规模巨大的近南北向的裂生线型深大断裂带,从已发生的地震分布来看,该带正好为一条南北地震带。该南北地震带在中部与那曲-西安东西向地震带穿插,南部与甘孜-甘洛北西向地震带相交插。

这条南北地震带是从在宁夏-陇东-川西-云南贯穿中国大陆,走向大致为南北的地震密集带,是中国三大强震带(天山、台湾、南北地震带)之一。这是一个规模巨大的重力梯级带,其西部地壳厚度大而东部厚度小;也是地震频度和地壳活动性差异分界线,其西部地震活动频发,地壳具有很强的活动性,以东除华北外地震要平静得多,活动性锐减;其两侧宏观应力场差异巨大,以西整个岩石圈处于印度板块与西北利亚板块之间的南北挤压环境中,岩石圈没有达到均衡,以东岩石圈处于西太平洋扩张的东西拉张环境中,基本上已达到均衡,正是由于应力场由压缩转变成拉张产生剪切应力造成南北地震带。

“5.12”汶川大地震是南北地震带在映秀-青川地段垂向隆升作用所引发,发震机制明显显示为岩石圈岩石破裂而不是断层错动引发。主要理由如下:

1.汶川大地震区位于南北地震带中段的龙门山,震中及余震分布在映秀与青川之间北东向近360公里的狭长地带,但地表观察不到映秀-北川断裂在地震中重新移位与复活现象,但南北地震带西侧地面有明显抬升。

2.映秀-北川断裂带上,汶川地震破裂面近乎直立,而映秀-北川断裂是中生代缓倾斜断裂,因此此次地震引发的破裂面很可能是一种与老断层关系不密切的新的断裂面,这也就说明此次地震引发的破裂面与垂向隆升作用关系密切。

3.在宁夏-陇东-川西-云南贯穿中国大陆的南北地震带东、西部GPS观察水平运动速度矢量很小,在与南北地震带正交的中部和北部GPS观察水平运动速度矢量很小,这说明印度板块持续向北推压,使青藏高原向东侧流动和挤压,使龙门山构造带主边界断裂映秀-北川断裂由西向东逆冲运动不显著,也就是说水平应力作用不是主要的。

4.从该区新构造运动图(图4)上可以看出,南北地震带以西由于新构造运动,成为板块碰撞带强烈隆起区;以东形成滨太平洋弧后差异升降区,以四川盆地为代表,尤其以成都附近明显。主要地震分布在两大差异升降区过渡地带的南北地震带上,即西部强烈隆起区的东侧边缘地带。

三、结论

在汶川地震极震区,地震引起的崩塌、滑坡清晰反映出上部崩塌、滑坡体被地震震动解体,甚至是抛掷后与下部滑床边缘发生碰撞,触发崩塌、滑坡的地震垂向力作用十分明显;汶川大地震区位于南北地震带中段的龙门山,地表观察不到映秀-北川断裂在地震中重新移位与复活现象,但南北地震带西侧地面有明显抬升,地震破裂面近乎直立;南北地震带东、西部GPS观察水平运动速度矢量很小,在与南北地震带正交的中部和北部GPS观察水平运动速度矢量很小。

通过上述分析,此次地震垂向隆升作用力表现明显,四川汶川大地震与南北地震带垂向隆升作用引起的岩石破裂作用密切相关。

参考文献

[1]星球地图出版社,中国科学院地理科学与资源研究所.汶川地震区域简明地图册[M].北京:星球地图出版社,2008.

[2]殷跃平.汶川极震区:滑坡诱因主要是地震竖向力[N].地质勘查导报,2009-05-07.

[3]袁学诚.中国岩石圈三维结构模型显示汶川地震另有原因-发震机制:不是断层错动而是岩石破裂导致[N].地质勘查导报,2009-05-09.

[4]乔彦肖.四川汶川地震地质灾害发育特点及动因机制分析[J].河北遥感,2008,(4).

[5]周成虎,等.遥感影像地学理解与分析[M].北京:科学出版社,2001.

作者简介:周正武(1967-),神华(北京)遥感勘查有限责任公司总工程师,硕士,研究方向:遥感地质勘查、“3S”技术应用、地质矿产资源勘探、煤田火区探测、地质灾害评估等。