汶川地震区地质背景介绍

汶川地震区地质背景介绍

【陈世忠贾军元】

汶川、北川、映秀和青川等陌生的县镇地名由于汶川5.12大地震而被我们所熟悉。汶川、北川、映秀和青川都是四川西部地名，位于中国大陆的西南部。其大地构造同45Ma以来南部印度板块与北部欧亚板块的碰撞密切相关，印度板块与欧亚板块的碰撞又造成了青藏高原的隆起，并造就了世界最高峰珠穆朗玛峰。许多证据表明，两大板块的碰撞使川西地区的地壳产生了强烈变形，且至今仍然在继续。具体地说，川西地区位于青藏高原东缘川滇、巴颜喀拉和华南三大活动块体的交接部位。从地壳结构特征来看，华南块体与青藏高原东缘川滇和巴颜喀拉块体之间为地壳厚陡变带，厚度从东部45Km到西部高原60Km以上。华南地块地壳平均速度相对比巴颜喀拉川西北２个次级块体要大，上地幔低速层埋深较浅（60～80Km），出现局部隆起现象。
　　川滇与巴颜喀拉两块体间的边界为甘孜－玉树断裂带、鲜水河断裂带；川滇与华南两块体间的边界包括安宁河断裂带（①安宁河断裂、②大凉山断裂、③荥经－马边断裂）、则木河断裂带和小江断裂带；川滇块体西边界为红河断裂带和金沙江断裂带。巴颜喀拉与华南两块体间为龙门山断裂带；巴颜喀拉块体北界为NWW向东昆仑断裂带玛沁—玛曲段，其东界为近SN向岷江断裂带。
一、龙门山构造带的特点
　　本次汶川地震和现在正在发生的余震都与龙门山断裂带有关。龙门山断裂带南起泸定、天全，向北东延伸经宝兴、灌县、江油、广元进入陕西勉县一带，全长约500Km，宽40～50Km，主要由4条逆断裂组成，自西北往东南分别为汶川－茂汶逆断裂(龙门山后山断裂)、映秀－北川逆断裂(龙门山中央断裂)、灌县（现都江堰市）－安县逆断裂(龙门山前山断裂)和龙门山山前隐伏断裂。这4条主要断裂总体走向45°，倾向北西，倾角50～70°。它们中的每一条断裂又由几个不同的段落组成，其中汶川－茂汶断裂由青川平武断裂、汶川－茂汶断裂和耿达－陇东断裂组成；映秀－北川断裂由北川茶坝－林庵寺断裂、映秀－北川断裂和盐井－五龙断裂组成；灌县－安县断裂由北东段的马角坝断裂、中段的灌县－江油断裂、西南段的大川－双石断裂组成，目前我们所的突击队就在该断裂带通过的大川镇从事地灾调查；山前隐伏断裂由于地表无出露而没有分成不同的段落。龙门山断裂带的南段主要由耿达陇东断裂、盐井五龙断裂和大川双石断裂组成。
　　后山断裂，南起泸定一带，向NE经陇东、鱼子溪、耿达、草坡、汶川、茂汶、平武、青川进入陕西境内，是3条断裂中生成时间最早、活动最强烈、切割深度最大的断裂，它已切穿岩石圈。该断裂总体倾向北西，倾角约60°～85°，延伸稳定，连续性好，地表表现为多条变形强弱不同的构造变形带，其宽约300～2000ｍ不等。其构造岩为糜棱岩和构造片岩。后山断裂西北面为以砂板岩为主的一套浅变质岩系。断裂带由一系列倾向NW的叠瓦状逆断层组成，地表倾角较大，发育于前震旦纪花岗岩、中元古界彭灌杂岩、震旦系或志留、泥盆系之间，具韧性剪切变形特征。断裂具明显的分段活动性，自汶川至茂汶，断裂控制了一系列新发育的沟槽和陡坎，是断裂晚第四纪新活动的证据。据地面变形量估算其全新世的逆垂直滑动速率为0.5mm/a，晚更新世以来的右旋滑动速率为0.8～1.0mm/a（马保起等，2005）。作为此断裂北段的平武－青川断裂在第四纪早中期曾有过活动，但晚更新世以来不再活动（李传友等，2004）。
　　中央断裂，南起泸定两河口以南，经盐井、映秀、茶坪、北川、南坝、茶坝进入陕西境内与勉县－阳平断裂相交，由数条次级逆断层组成叠瓦状构造，表现出脆－韧性过渡的变形特征。走向上和倾向上均呈舒缓波状，总体倾向北西，倾角50°～70°不等，断裂破碎带宽约300～1000ｍ不等。其构造岩为糜棱岩、构造片岩等。断裂两盘主要为古生界及前寒武系杂岩体组成。映秀－北川逆断裂（中央断裂）整体走向N35°～45°E，倾向NW。断裂呈现出明显的分段活动性，北川以北断裂晚更新世以来不再活动（李传友等，2004）。从岷江阶地断错特征等推测中南段断裂垂直滑动速率为0.6～1mm/a，晚更新世中期以来右旋滑动速率为1mm/a（赵小麟等，1994；马保起等，2005）。
　　前山断裂，由多条断裂断续相接，破碎带宽一般仅数米，最大不超过20ｍ，发育于中生代地层中，总体倾向北西，倾角较陡，次级断裂发育，显示脆性。
二、龙门山造山带构造地层类型
　　青川—茂汶断裂与北川—映秀断裂之间构造地层带为龙门山后山带，主要由前震旦系黄水河群、志留系茂县群和泥盆系危关群浅变质岩以及前震旦系杂岩体组成，其构造样式主要为斜歪—倒转的相似褶皱，内部面理和线理都比较发育，在杂岩体中发育脆—韧性剪切带，表现为强烈的片理化带。其后缘断裂为青川—茂汶断裂，断面倾向北西，呈犁式向下延伸，具韧性断层特征，其应变矿物一般为绿片岩相；其前缘断裂为北川—映秀断裂，走向北东，倾向北西，断裂构造岩发育，应变矿物具低绿片岩相，具脆—韧性断层特征。该构造地层带属强变形带，由杂岩和变质岩系两种岩系构成，其中杂岩主要由侵入的强烈变质或高度变形的岩石构成的一种独特的构造地层体。
　　北川—映秀断裂与彭灌断裂之间构造地层带为龙门山前山带，主要由未变质的古生界和三叠系构成。该带发育两种构造样式:一种为叠瓦状构造，见于龙门山中北段，由一系列向南东逆冲的近平行的冲断层构成，卷入的地层为上古生界及三叠系中下统碳酸盐岩；另一种为飞来峰构造，具双层推覆的性质，见于龙门山中南段，上层为由古生界及中下三叠统构成的飞来峰。该带的前缘断裂为彭灌断裂，走向北东，倾向北西，倾角较陡，叠瓦状次级断裂发育；断裂构造岩以角砾岩和碎裂岩为主，具浅层次的脆性断层变形特征。
　　彭灌断裂和广元—大邑隐伏断裂之间构造地层带，主要为侏罗系—下第三系，发育一系列轴向为北东的背、向斜构造，属不对称同心褶皱，并呈左行雁列展布。其前缘断裂为广元—大邑隐伏断裂，以脆性变形为特征，属于浅层次变形的中等变形带，地层由弱—中等变形的沉积岩系构成，是造山带内卷入的山前前陆盆地的沉积。
三、强震活动规律
　　龙门山断裂带与青藏高原东北隅的海原－六盘山断裂带、香山－天景山断裂带、烟筒山断裂带等向NE凸出的系列弧形活动断裂带一起，构成了分隔中国大陆东西部的中轴构造带，也称“南北地震带”（马宗晋等，1981；马宗晋，1990）。龙门山断裂带位于我国南北地震带的南段，近期强烈地震频繁发生，是中国大陆内部地震活动最强的地区之一。龙门山地震带沿着龙门山断裂带北起青川向南西经北川、茂县、大邑至泸定附近，长约400Km，宽约70Km。自20世纪70年代以来相继发生了一系列M>7.0强震，如1970年通海地震、1973年炉霍地震、1974年昭通地震、1976年龙陵地震、1976年松潘地震，1988年澜沧-耿马地震、1995年孟连西南的中缅边境地震和1996年丽江地震。自公元前26年有破坏性地震记载以来，共记录到6～6.9级地震48次，7～7.9级地震18次（《四川省地震资料汇编》编辑组，1980；国家地震局震害防御司编，1995；中国地震局震害防御司编，1999），平均每10～15年１次，主要集中在不同级别活动块体的边界断裂带上。已有研究表明，川西地区的强震受NW、近SN和NE向活动断裂所控制，明显地表现出变形局部化的基本构造特征（马杏垣等，1989；邓起东等，2002）。NE向断裂兼有挤压逆冲分量和右旋剪切分量，NW向断裂以左旋剪切为主，近SN向断裂具有剪切和挤压双重特性，后两者之间呈逐渐过渡，运动学性质上从NW向断裂的左旋剪切转换为近SN向断裂的左旋剪切和逆冲挤压2个运动分量。
　　龙门山地震带的地震活动频度高、强度大。众多研究者对这一地区进行了广泛深入的多学科研究。龙小霞等（2006）基于可公度方法的川滇地区地震趋势研究，在对川滇地区强震灾害数据分析的基础上，应用三元、四元、五元可公度法分别预测了该地区下(几)次可能发生强震的趋势，推算与预测在2008年左右，川滇地区有可能发生≥6.7级强烈地震。
　　地震趋势的可公度法预测可公度性源于天文学，翁文波院士首先将可公度性预测方法应用到了预测科学中来，并曾利用可公度信息系对1976年唐山地震、1982年华北干旱、1991年长江流域洪水、1992年美国加州地震等自然灾害现象作过成功的预测。
　　四川省地震局曾经成功地预报了1976年8月16日该带的松潘7.2级地震。当然，为什么对汶川512地震未能进行成功的预测还不得而知。