生命科学 医学科学 化学科学 工程材料 信息科学 地球科学 数理科学 管理综合
 
作者:安培浚 来源:科学新闻杂志 发布时间:2008-6-12 8:53:18
汶川地震成因解析
 
2008年5月12日14时28分,发生在我国四川省汶川县里氏8.0级的大地震震惊世界。中外科学家及研究机构积极分析评价地震成因、震害、未来趋势以及与三峡大坝有无关系等。本文为相关观点的整理与归纳。

地震是我国最大的自然灾害威胁。2007年10月我国就曾发布《国家防震减灾规划(2006~2020年)》。规划中指出,我国50%的国土面积位于Ⅶ度以上的地震高烈度区域,包括23个省会城市和2/3的百万人口以上的大城市。我国占全球陆地面积的7%,但20世纪全球大陆35%的7.0级以上地震却发生在中国。20世纪全球因地震死亡120万人,我国占59万人,居各国之首。另据统计,20世纪以来,我国因地震造成死亡的人数,占国内所有自然灾害包括洪水、山火、泥石流、滑坡等总人数的54%,超过1/2,因此可以说地震是群害之首。
 
我国位于世界两大地震带——环太平洋地震带与欧亚地震带之间,受太平洋板块、印度板块和菲律宾海板块的挤压,地震断裂带十分发育。我国的地震活动主要分布在5个地区的23条地震带上。20世纪以来,全国共发生6级以上地震近800次,遍布除贵州、浙江两省和香港特别行政区以外所有的省、自治区、直辖市。5月12日在四川省汶川县发生的8.0级地震,是中国继1976年唐山大地震以来又一次大的地震灾难,引起全世界的广泛关注。中外科学家都在积极分析成因,现把他们的主要观点整理,以供参考。
 
汶川地震成因的各家观点
 
1.法国巴黎地球物理研究所的专家认为,汶川发生的强烈地震,与青藏高原往北和往东移动有关。还有地震学者担心造成“连动”,引发连锁强烈地震。
 
青藏高原外围经常发生严重地震,这个高原在印度板块于5000万年前开始推挤欧亚大陆时隆起。巴黎地球物理研究所地震带结构专家塔波尼耶指出,西藏在被往东推挤,跨在中国南部和四川盆地之上。该研究所的构造室主任拉卡桑表示,西藏高原边陲的龙门山地带所发生的地震,在地质上非常复杂,有许多重大的断层线,有些从古时候就存在,可能造成这次地震。
 
根据各国12日透过网络公布的观测数据分析,四川强震震源区应位于从四川绵延到云南,再延伸到中南半岛的南北向地震构造带上。这条地震构造带在中国早已“恶名昭彰”,自1989年至今,多次发生6级以上强震。此次地震震中应位于该构造带北端,呈东北─西南走向,属于破坏力最大的逆断层,为该构造带20年来最大规模强震。有学者表示,这条构造带除了12日发生强震的逆断层以外,沿线还密布大大小小的断层线,并且,12日发生错动的逆断层超过100km。这么长的断层发生如此大的地震,未来是否会引发“连动”效应,在构造带沿线诱发连锁强震呢?这已经引起了广泛的关注。
 
2.日本东京大学地震研究所表示,这次地震位于龙门山断裂带,过去几百年里这一断裂带附近多次发生里氏7级以上大地震,但是龙门山主体并没有强烈的活动,直到这次地震的发生。龙门山断裂带自东北向西南沿着四川盆地的边缘分布,长300km至400km,宽约60km,青藏高原沿断裂带推覆在四川盆地之上,由于蓄积的应力超过了岩石强度的临界点,龙门山断裂带就发生了里氏8.0级大地震。
 
3.美国南加州地震研究中心的郦永刚教授表示,龙门山断裂带属地震多发区内的活动断层,来自青藏高原深部的物质向东流动到四川盆地受阻,向上运动,两者边界即为断层面。如果断裂每年运动数厘米,每隔50m至70m,积聚的应力和能量就能产生一次里氏7级以上的大地震。由于震源较浅,而且震源机制为向东的逆冲运动,加上震区土质松软,地震波向东能传播很长距离,使得远至上海和北京等城市的人都普遍有震感。
 
4.美国地质调查局发布消息称,这次地震的震中和震源机制与龙门山断裂带或者某个相关构造断层的运动相吻合,地震是一个逆冲断层向东北方向运动的结果。从大陆尺度上来看,中亚和东亚的地震活动是由于印度洋板块冲撞欧亚板块造成的。
 
5.英国地质调查局地震监测和信息服务中心主任布赖恩·巴普蒂在接受新华社记者电话采访时表示,从地质构造上看,这次地震与喜马拉雅碰撞带有关,显然是东北-西南向的龙门山断裂带发生挤压作用的结果。
 
6.英国《每日电讯报》5月12日报道,汶川发生的地震的起因与喜马拉雅山隆起的造山运动有关。
 
地震是由建立在液体状地幔之上的陆地之间的运动引起的,喜马拉雅山就是这一过程的证明。4000多万年前,携带印度的大陆板块与携带亚洲的大陆板块发生碰撞,形成了如今的喜马拉雅山。此后,印度板块一直在以每年约两英寸的速度向北推进。英国朴茨茅斯大学构造地质学家约翰·惠利博士指出,除了造成大范围的高原地区外,印度板块的推进还促使青藏高原的物质向东扩张。在四川地区,青藏高原的边缘正被推进到较为脆弱的沉积岩底下,5·12地震正好发生在标志着这些沉积物边缘的一个断裂带上。
 
7.中国地震局地质研究所副所长徐锡伟称,虽然四川本来就是地震频发的地区,但近几年云南、四川等地先后发生的地震,可能与印度洋板块进入活跃期有关。
 
汶川大地震发生在地处青藏高原和四川盆地边缘的龙门山地震带,是比较活跃的一个地震带。地壳运动本身具有一定的周期性,对于大地震的发生来说,其活跃与平静交替轮回。印度洋板块的上一个地震活跃期,是在1988~1996年期间。1996年发生在中国云南丽江的地震,就是上一个活跃期的产物。经过不到10年的平静后,积蓄的能量有再次开始释放的迹象。实际上,进入21世纪以来,印度洋板块再度活跃的迹象已经越来越明显:2004年12月,印尼苏门答腊发生大地震并引发海啸;2005年10月,南亚大陆发生7.6级地震,波及巴基斯坦、印度和阿富汗。这两次地震分别处在印度洋板块和欧亚板块相抵的东南部和西侧,而印度洋板块的东支角处,则是云南、西藏和缅甸交界的地区。
 
对于地处欧亚板块与印度板块正中央的四川来说,其正处于中国南北地震带的中间,地震频率与能量本来就很高。随着印度洋板块重新进入活跃期,四川发生地震乃至大震的风险也随之提高。至于印度洋板块缘何进入活跃期,常规的看法是板块运动具有周期性,但也有科学家认为,这一轮的活跃期,可能与全球变暖所导致的地质变化有关。
 
2006年,加拿大阿尔伯塔大学地质学家就曾指出,全球气候变暖引起的冰河融化会释放地壳里被压抑的能量,从而引发剧烈的地质变化,导致地震、海啸和火山爆发等地质灾难发生。而且,全球变暖将在大气和海洋中积聚更多的能量,进而引发地壳的变化。
 
8.中科院地质与地球物理研究所研究员王二七分析表示,全国许多地方震感强烈的一个重要原因就是地震发生地汶川——茂汶大断裂带以东的四川地块相对坚硬,地震波传播的能力比较强。
 
汶川地震发生在青藏高原的东南边缘、川西龙门山的中心,位于汶川——茂汶大断裂带上。印度洋板块向北运动,挤压欧亚板块,造成青藏高原的隆升。青藏高原在隆升的同时,也同时向东运动,挤压四川盆地。四川盆地是一个相对稳定的地块。从历史记录来看,尽管龙门山主体没有发生过大地震,但它北边的松潘在上个世纪初曾经发生过强震。因此,虽然龙门山地区看上去构造活动性不强,但可能是处在应力的蓄积过程中,蓄积到了一定程度,地壳就会破裂,从而发生地震。王二七表示,目前我们对这一地震发生的机制还不清楚,不知道是由地壳的挤压、伸展还是水平走滑造成的。
 
9.台湾地震专家、中央大学地球科学系教授王干盈发表文章指出,这次汶川地震是地质“薄皮逆冲”的惨痛演出,大陆地壳较为完整,震波传递衰减较慢,因此,影响的范围较大。
 
王干盈在台湾《联合报》发表文章指出,汶川地震比起台湾1999年发生的9.21地震的7.6级还来得大。9.21地震是“薄皮逆冲”一次惨痛的演出,这次汶川地震也是。“薄皮逆冲”是造山运动的理论基础之一,在地底下约10km有一基底滑脱面,此面很滑,由脆弱岩层组成,当板块作用力来临时,上方的地层最先被剥离而挤成一团,使得地层沿着一系列断层错动,一层盖着一层,成为覆瓦状构造。最简单的形容是,当我们捏着皮肤时,皮肤会与骨头分离而起皱,这是薄皮(肤)名称的由来,薄皮是比较容易受到作用而变形的。
 
由于喜马拉雅造山运动的推挤,使得西藏高原东北角的松潘—甘孜地块,以南东方向逆冲到扬子地块(四川盆地位于其中)之上,基底滑脱面为一花岗质熔融层,在此两地块交界的龙门山引发一系列断层。9.21地震是南投丘陵沿着车笼埔断层逆冲到台中盆地之上,汶川地震之机制与9.21地震相似,因此,引发的灾情也可能可以类比。大陆地区的地震以东经105度为界,以西地震很多,以东地震很少,这次汶川地震在东经103度,属于甘川滇地震带,此一南北狭长地震带夹于东经98度到105度之间,包括三江流域(金沙江、澜沧江、怒江)之横断山脉,为造山主体,大地震频仍。汶川地震与9.21地震的相关性,值得比较。
 
10.中国地质调查局初步监测和评价认定,汶川地震是印度板块向亚洲板块俯冲,造成青藏高原快速隆升导致的,震源深度为10~20km,持续时间较长,因此破坏性巨大。专家对灾情进行“会诊”初步形成三个结论。①印度板块向亚洲板块俯冲,造成青藏高原快速隆升。高原物质向东缓慢流动,在高原东缘沿龙门山构造带向东挤压,遇到四川盆地之下刚性地块的顽强阻挡,造成构造应力能量的长期积累,最终在龙门山北川─映秀地区突然释放。②逆冲、右旋、挤压型断层地震。发震构造是龙门山构造带中央断裂带,在挤压应力作用下,由南西向北东逆冲运动;今次地震属单向破裂地震,由南西向北东迁移,致使余震向北东方向扩张;挤压型逆冲断层地震在主震后,应力传播和释放过程比较缓慢,可能导致余震强度较大,持续时间较长。③浅源地震。汶川地震不属于深板块边界的效应,发生在地壳脆─韧性转换带,因此破坏性巨大。
 
震害:汶川地震发生属浅源地震,破坏力度较大
 
地震可按照震源深度分为浅源地震、中源地震和深源地震。浅源地震大多发生在地表以下30公里深度以上的范围内,而深源地震最深的可以达到650km左右。其中,浅源地震的发震频率高,占地震总数的70%以上,所释放的地震能占总释放能量的85%,是地震灾害的主要制造者,对人类影响最大。
 
另据台湾媒体报道,台湾中正大学地震研究所教授陈朝辉表示,此次四川地震的能量约是台湾9.21地震的20倍以上,约是二战结束前美国投掷在日本长崎、广岛的那种原子弹252颗爆炸的总和,威力相当惊人。
 
专家表示,全球7级以上地震每年18次,8级以上1~2次。我国受印度板块和太平洋板块推挤,地震活动比较频繁。中国地震局地震预测研究所研究员张国民指出,从大的方面来说,这次汶川地震处于我国一个大地震带——南北地震带上,中部地区的中轴地震带位于经度100~105度之间,涉及地区包括从宁夏经甘肃东部、四川西部、直至云南,属于我国的地震密集带。从小的方面说,汶川又在四川的龙门山地震带上。因此,这里发生地震的几率较高。
 
在地震学中,一般发生的震级越高,其破坏力度越大。这次汶川地震8.0级,其震中地区的破坏力度在11度,会造成房倒屋塌、地质滑坡和地面裂缝等灾害。由于一般地震不可能一次释放所有能量,因此四川周边地区有可能发生余震。一般情况下,余震要比主震低1级以上,一般不会超过主震,但有可能在附近地区,也可能造成新的灾害,要防备余震造成的灾害影响。因此,目前需要提防山区发生滚石、滑坡、交通堵塞、地面破坏等次生灾害,避免引发更大的灾害。
 
汶川地震的强度、烈度都超过了唐山大地震。中国地震研究及地质灾害研究专家分析了汶川地震破坏性强于唐山地震的主要原因。①从震级上可以看出,汶川地震稍强。唐山地震国际上公认的是7.6级,汶川地震是8.0级。②从地缘机制断层错动上看,唐山地震是拉张性的,是上盘往下掉。汶川地震是上盘往上升,要比唐山地震影响大。③唐山地震的断层错动时间是12.9秒,汶川地震是22.2秒,错动时间越长,也就是说汶川地震建筑物的摆幅持续时间比唐山地震要强。④从地震张量的指数上看,唐山地震是2.7级,汶川地震是9.4级,差别很大。⑤汶川地震波及的面积、造成的受灾面积比唐山地震大。冯梅说,这主要是由于断层错动的原因,汶川地震是挤压断裂,错动方向是北东方向,也就是说汶川的北东方向受影响比较大,但是它的西部情况就会好一些。⑥汶川地震诱发的地质灾害、次生灾害比唐山地震大得多。国土资源部高级咨询研究中心教授岑嘉法分析说,因为唐山地震主要发生在平原地区,汶川地震主要发生在山区,次生灾害、地质灾害的种类都不太一样,汶川地震引发的破坏性是较大的崩塌、滚石加上滑坡等,比唐山地震的次生地质灾害要严重得多。
 
三峡大坝与汶川地震无关
 
汶川地震发生以来,网上流传“是在岷江上游放炮、建设水库,严重破坏了地质结构,诱发这次强烈地震”,这个观点受到科学家的反驳。加拿大蒙特利尔大学工学院地球物理学家嵇少丞教授的解释是:青藏高原周边及其高原内部数条大断裂历来是地震的频发区。印度大陆板块向北漂移并和欧亚大陆板块碰撞挤压,形成了世界屋脊喜马拉雅山和巨大的青藏高原。青藏高原平均海拔高度达5000m,在重力作用下,巨大的青藏高原就像一个大胖子突然躺到一个水床上。青藏高原深部地壳的岩石在高温高压下发生部分熔融,就像水床垫中的水在那个大胖子重重身体的挤压下向四边周界涌动一样,向高原的周缘挤流。古老的四川盆地下面是强硬的岩石圈,深深地扎根于其下的上地幔之中,强烈地阻挡着青藏高原向东扩张。在青藏高原扩张和四川盆地反扩张的前沿阵地,于是就挤压形成了高耸的龙门山,这次四川汶川大地震正是人类遭遇龙门山造山运动的悲惨一幕。
 
青藏高原的东界共分南北两支,北支为龙门山断裂(泸定―天全―宝兴―汶川―茂县―北川―清川一线),走向北东―南西,平行于龙门山。南支是小江断裂,呈近南北方向,即康定―石棉―冕宁―西昌―东川―宜昌―建水一线,附近有昆明、攀枝花等重要城市。这两支大断裂的活动是中国西南地区强震的主因,上述两条断裂的地质性质不同,小江断裂是左行平移为主的剪切带,断裂的水平错移量是垂直错移量的近10倍。近1500万年以来,该断裂东西两侧地块已相互错动了近100km,平均每年错移约6~7mm。龙门山断裂以推覆逆冲为主,右行走滑为辅,所以这次汶川大地震的烈度呈椭圆状分布,其长轴呈北东向,在该方向上人员伤亡和财产损失明显更大。例如,四川的北川、甘肃省的陇南以及陕西的南部虽离震中较远,但由于房屋倒塌造成的人员伤亡依然不少。
 
1500年以来,仅在小江断裂的云南段上就发生4次近8级大地震:1500年的宜良大地震、1733年的东川大地震、1833年的嵩明大地震、1970年的通海大地震,平均每150年就发生一次8级大地震。近400年来,龙门山断裂带上至少发生过9次6.5级以上地震。例如:1657年的6.5级汶川地震,1933年7.5级茂县叠溪大地震,1976年8月16日、22日和23日3天仅在松潘一地就连续发生3次大地震,分别为7.2、6.7和7.2级。
 
地震是一种不依人的意志为转移的自然现象,它既是对人类生存现状的一种破坏,同时也是造就我们赖以生存的地球的存在和发育的巨大能量。如果地球上从来就没有地震,根本就不会有我们今天这样色彩斑斓的世界。在严重的地震面前,人类目前能做到的除了及时的救助,还包括要求在地震带的建筑设计能达到较高的抗震设防标准。例如,美国加州是世界著名的地震频发地带,近年来几次发生大地震,有的发生在洛杉矶、旧金山这样的大城市,但是死亡人数很少(每次最多几十人),靠的是当地房屋有非常优越的抗震性能。很显然,减少地震灾害的出路,只能依靠人类文明的不断发展和科学技术的不断进步,而不是迷信地说“地震是大自然对人类破坏环境的一种惩罚”。因为道理很简单,即使没有人类,也一样会有地震。
 
另外,中国三峡总公司总经理李永安5月14日下午向新华社记者表示,相关监测数据显示,汶川地震后,三峡大坝坝体变形变化很小,各建筑物基础渗流量变化规律正常,枢纽工程运行没有任何异常,剩余项目建设在按计划进行。
 
结语
 
我国现在已经建立起世界上最为庞大的地震监测、防御系统,设立中国地震局及21个直属事业单位;我国也是世界上第一个建立防震减灾国家法律的国家,现已大量运用科学技术防御地震,并且也已开始利用全国综合实力的发展加强抗御地震灾害。但是,我们也应该注意到:①目前我国防震减灾能力仍与经济社会发展不相适应,全国地震监测预报基础依然薄弱,科技实力有待提升,地震观测所获得的信息量远未满足需求,绝大多数破坏性地震尚不能做出准确的预报;②全社会防御地震灾害能力明显不足,农村基本不设防,多数城市和重大工程地震灾害潜在风险很高,防震减灾教育滞后,公众防震减灾素质不高,6.0级及以上的地震往往造成较大人员伤亡和财产损失;③各级政府应对突发地震事件的灾害预警、指挥部署、社会动员和资讯收集发布等工作机制需进一步完善;④防震减灾投入总体不足,缺乏对企业及个人等社会资金的引导,尚未从根本上解决投入管道单一的问题。
 
(中国科学院国家科学图书馆兰州分馆安培浚整理)
 
发E-mail给: 
    
| 打印 | 评论 | 论坛 | 博客 |

小字号

中字号

大字号