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星翼的博客

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【转载】从青藏高原到龙门山断裂带,四川地震多发之谜  

2013-04-24 23:03:51|  分类: 默认分类 |  标签: |举报 |字号 订阅

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本文作者:溯鹰

在汶川地震发生短短5年之后,四川省雅安市芦山县再次发生7.0级大地震。大地的震撼牵动着众人的心,也让人们再次感受到地球运动的剧烈与无情。为什么要了解地震,为什么要了解地震的背后的推力,乃至为什么要了解推力背后的地球运动机制,我想已毋庸赘言。

【航拍雅安地震灾区图 图片出处:新华网

恐惧虽然并不仅仅源于未知,但是,每一次对未知的宣战,却总让我们产生克服恐惧的信念。但愿这篇看似“又啰嗦了一遍”的文章,能够让更多的人了解得再多一点、再细一点。

先从最为直观的地形说起吧。

西部是山区,中部东部是盆地——这便是“天府之国”在地图上给人留下的最直观印象了。四川境内历次地震发生的地点多集中在西部的山区里。把每次地震发生的地点投影在地图上,集中在一起,便构成一条宏观的线状结构,与川西山区与川中盆地的交界线,几乎重合分布。由此可见,四川的地震似乎与盆山交界线有着直接相关性。没错,这条交界线,正是著名的龙门山大断裂——一条贯穿岩石圈的巨大仰冲型断裂系统。

【NASA于2008年汶川地震后发布的四川地形图】

【其实龙门山断裂带震动的频繁程度已经完全不用“历来大大小小的地震资料”了。这张图是08年汶川地震时77次余震的投点,一次地震的数据就已经可以把龙门山断裂带勾勒得清楚明了了。图片来自维基百科。】

走向北东-西南,长度绵延500km,宽度纵深70km。如果从海拔约500m的成都驱车进入西部山区,高度在极短距离内便可陡增至一两千米,这就是龙门山大断裂给予给我们的第一印象了。对它纵切一刀,我们会发现,它的真实形态,如同一排山峦构成的“巨浪”,被似乎是某种看不见的推力高高抛起,凝固在空间中,盛气凌人地横压在四川盆地的最边缘,持续不断地压迫着,却又持续不断地颤动着。地质上把这种山体与盆地接触形态叫做“仰冲(Overthrust)”。

【仰冲现象演进示意图 图片出处:The Earth - An Introduction to Physical Geology (2nd ed.), by Tarbuck & Lutgens, Merrill Publishing Co., 1984】

断裂依然只是“结果”而不是“原因”。本来,以岩石组成的坚硬地壳几乎坚不可摧,它之所以能发生如此大的断裂、扭曲,一定是有什么强大的力量撕裂了它。为了寻找“原力”,科学家们研究了龙门山断裂带中岩石的应力分布,发现这股强大的应力的确客观存在。

龙门山内无处不在的应力并非杂乱分布,它们整齐划一得近乎恐怖地,构成了一个巨大的矢量场。成千上万的长箭头“万箭齐发”,直指天府之国那肥沃的平原。箭头射来的方向就是龙门山之后那个更强大的存在。它在海拔上又上了一个数量级,以近似椭圆的形态镶嵌在北半球中低纬度,这个巨大伟岸的身躯,便是世界的“第三极”——青藏高原。与之相比,龙门山,不过是一个冲在最前线的先锋罢了。

【青藏高原东缘,应力场矢量“万箭齐发”,以龙门山为前锋,直指四川盆地。图片出处:cires.colorado.edu】

仰冲带,应力场,青藏高原……至此,我们可以先总结出一个比较直接的答案了:四川的地震多发生在龙门山断裂带内。龙门山断裂带,是在来自青藏高原的应力场作用下而发生的岩石圈断裂。对相互接触的刚性物体来说,力的作用发生在两者交界的边缘,因此,山与盆地这两种地质单元接触的前锋带(龙门山),便是应力的集中区域。在高度集中的应力下,岩石不堪重压而破碎、崩裂,伴随巨大的能量释放。当能量以机械波的形式传遍四周时,便构成了惨烈的地震。

这便是构造地质学的结论。

更大的机制

构造地质学(Structural Geology)研究具体的地质力学机制,但这种机制凭什么而发生?却需要一个更大的星球级背景来提供合理的解释。虽然应力场来自青藏高原,但“高”毕竟解释不了“震”。它顶多告诉了我们应力输出的方位罢了。青藏高原看来也不是根本原因而同样只是【结果】。“第三极”的背后,应该还有更加宏大的机制在制约着它,控制着它。

由是,轮到研究星球级尺度的地球动力学理论——板块构造学(Plate Tectonics)——对应力机制的根源提供解释了。在板块构造学视野下,这个诱发并控制青藏高原的更大机制,便是印度板块与欧亚板块旗鼓相当的正面碰撞。

【印度板块自7100万年前以来,逐步撞向欧亚大陆的过程。图片出处:whatonearth.olehnielsen.dk】

当然,板块构造,大陆漂移,碰撞造山带….这一套东西也不是什么新鲜说辞了。但最要害的部分却不能语焉不详。全球的板块只分两种——较轻的,是硅铝质的大陆板块;较重的,是镁铁质的大洋板块。在板块离散的洋中脊处,板块物质源源不断地由地球深部增生,但地球表面积又基本不变,所以,在板块汇聚的部位,地球就会对岩石圈物质进行“合适的处理”,以确保它自己的表面积不变。大陆与大洋之间的相撞好说,一个轻一个沉,较沉的大洋板块插到较轻的大陆板块下面,形成海沟,把板块物质拖进软流圈里重融,也就算消减掉了。而大陆与大陆之间的碰撞呢?由于密度基本相同,谁也不让谁,物质既然往下消减不掉,就只有往上堆在地表,直到越堆越高、越堆越大…到一定程度之后,放在我们人类的视野下,便是巨大空前的高地势了。从理论回归现实,由于印度板块和欧亚板块都是大陆板块,喜马拉雅山系与青藏高原,也就由此对撞而来。

龙门山里空前强大的应力场,便来自这两个陆块之间正在实时进行的碰撞。这里提一个问题:为什么前锋必须是龙门山,而不是(所幸不是)东部的四川盆地或者更靠东的地方呢?因为,龙门山是青藏造山带的系统。青藏高原本身不是板块,只是相撞时卡在中间的小小地块(Blocks,如羌塘地块等)、以及扭曲褶皱的岩石圈物质组成的巨大堆积体罢了。龙门山是它的最前锋。它要是再朝前,大地的“身份”就已经彻底不一样了——剥去四川盆地那厚厚的沉积层,它的真正实质便会漏出来,原来,它是组成欧亚大板块的一个次级板块——扬子地台(Yangtze Craton),是隶属欧亚大陆的次级构造单元,与青藏系真是一点关系都没有。地台是十分稳定的“一体化”构造单元,由于其陆核结晶致密,缺乏断层等活动系统,因此,可以抗击巨大的应力场而保持稳定。四川盆地,就是在这个稳定的构造单元上长期沉积出的“沉积盖层”罢了。

现在问题清晰了。有扬子地台这个“属于对方”的稳定块体在这里扛着,印度板块撞来的力道已经过不去了,只能到达离地台最近的前缘,就在那儿积累着,积累出这个龙门山。扬子地台抗着这份儿巨大的应力,不为所动地发展它稳定沉积的盆地,为天府之国支撑着发祥的根基。历来龙门山强震虽然距离成都很近,却鲜对成都造成严重破坏,就是这个原因。

总结而言,这样的相抗,就如同两军的短兵相接。“印度板块大军”齐发的应力之箭,被扬子地台这扇巨门抵御着,发射不到欧亚板块更远的纵深内部,结果就只能挥洒在作为最前锋的龙门山,形成地震的梦魇,它波及在天府之国西望的群岭,留下千秋不息的阵痛,弥漫在我们这个被星球的伟力肆意左右的人间。

关于本文

改编自本人在果壳网《果壳问答》栏目针对雅安地震所做的回答,感谢 游识猷、 Lithium 对本文修改提出的宝贵意见!

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