地震,在玉树划了欣喜在前 挑战在后1道伤口

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摘要

今年是玉樹地震十周年。十年前的4月14日,7.1 級強烈地震襲擊瞭青海省玉樹藏族自治州,造成瞭嚴重的人員傷亡和財產損失。玉樹地震是近四十年來汶川地震之外我國大陸

今年是玉樹地震10周年。10年前的4月14日,7.1 級強烈地震攻擊瞭青海省玉樹藏族自治州,造成瞭嚴重的人員傷亡和財產損失。玉樹地震是近410年來汶川地震以外我國大陸人員傷亡最嚴重的地震,也是青海省有歷史記載以來死亡人數最多、經濟損失最大的1次地震事件。那末,此次地震是如何產生的?為何地震會產生在這裡?這次地震有甚麼特點?我們通過下面這1段段文字把這些問號逐一打開。

1. 活斷層與地震

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圖1 1995年日本阪神7.3級地震,由野島斷層活動產生。地震後當地專門建立博物館將斷層遺址加以保護。

我們通常說的地震,是由構造活動產生的。我們生活的地球,表面看似平靜,實則“暗流湧動”,從其46億年前開始構成以來,就沒有停止過活動。由於地球不斷運動和變化,地下巖石遭到擠壓、拉伸等力的作用,逐步積累應變能量,當其積累到1定程度超過巖石的強度時,在某些脆弱部位突然破裂和錯動,巨大的能量在瞬間急劇釋放出來,以地震波的情勢由該處向4周傳播出去,引發地球表面的震動,這就構成瞭地震。巖石產生破裂和錯動的脆弱部位就是斷層(也叫斷裂),它是兩側的巖層產生相對移動的1種破裂(圖1)。地震是斷層活動的1種表現。

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斷層的活動有兩種基本表現方式,上下運動和水平運動。當斷層遭到垂直方向的擠壓或拉伸時,斷層兩側作上下運動,這類斷層叫傾滑斷層(垂移斷層)(圖2a)。當斷層當日1役,尼日利亞隊率先得分,但優勢並未保持太久。沃容特斯維奇1記3分球命中,開啟俄羅斯人的得分模式,首節戰罷,俄羅斯隊18:13暫時領先。次節,尼日利亞隊發起反攻,打出1波6:0小高潮。半場結束俄羅斯隊40:35保持領先。遭到與其平行的剪切力作用時,其兩側物資沿斷層走向作方向相反的水平運動,這類斷層叫走滑斷層(平移斷層)(圖2b)。固然,自然界的斷層運動其實不是簡單到隻有這樣的兩種運動方式,常常是在地殼中的不同方向地應力的混合作用下產生的復合運動,而這類運動方式常常會影響因斷裂活動所釋放的地震能量的大小。地球表層發育瞭許多斷層,有的斷層構成於較老的地質時期,現在已不再活動,這類斷層1般不會產生大地震。產生大地震的斷層都是活斷層,是距今10萬年以來活動過,未來也可能活動的斷層,地震主要產生在這類活斷層上。

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圖2 斷層活動的基本方式及實例:a, 上下運動方式。b,水平運動方式,圖片來自Karl Mueller。

2.地震,在玉樹草原切瞭1道傷口

在普通大眾的眼裡,地震1般是山崩地裂、房倒屋塌。確切,地震時會產生“地裂”。這是由於,地震是斷層活動引發的,斷層運動時會將斷裂兩側的地層錯開,在地表產生破裂。這就像大地被劃瞭1道口子。地震產生的地表破裂帶,包括瞭關於地震斷層的許多信息,成為我們認識斷層活動的突破口。

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圖3 玉樹地震地表破裂帶(陳立春攝)。破裂由1系列隆起的鼓包、張開的裂縫,相間排列而成。

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圖4 玉樹地震地表位移(張永雙攝)。此處兩條破裂斜向排列,其中右邊1條將田坎水平錯動20cm,該破裂的右邊地面向著帳篷的方向滑動。

調查發現,在玉樹7.1級地震震中以東20km處,產生瞭1條長約30km的地表破裂(圖3),舒展方向為西北-東南向。破裂將道路、田界、溪流、堤壩、柵欄、房屋等水平錯斷(圖4),在穿過河流的地方還造成跌水。地震破裂由1條條破裂首尾疊加、斜向排列組成1條寬度10⑵0米的破裂帶。破裂產生的水平位移1般在0.5到1米之間,最大位移為1.8 米,小的1般不到0.5米。上述現象都顯示,這次地震為1次典型的走滑型地震。

3. 為何是玉樹?

玉樹所在的青藏高原是全球最高的高原,它是印度板塊和歐亞板塊在距今5500萬年前開始產生碰撞其實不斷隆起的產物。青藏高原不但號稱世界屋脊,而且是全球地震活動最強烈的地區之1,是世界3大地震帶之1的地中海--喜馬拉雅地震帶的組成部份(圖5)。另外一方面,青藏高原自南向北又被大型活動斷裂帶分割成多個次1級的地塊(圖6)。這些地塊之間的邊界帶常常會產生7⑻級地震。在這些次1級的地塊中,有1個近東西向的長條狀地塊,叫巴顏喀喇地塊。它位於青藏高原中部,其4周邊界均為活動斷裂帶,是青藏高原最活躍的地塊之1,最近幾年來我國大陸7級以上的地震主要圍繞這1地塊的邊界帶產生。

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圖5 地中海--喜馬拉雅地震帶的位置。紅色圓點代表1個個地震的位置,許許多多紅色圓點疊置顯示瞭地震帶的存在。圖中同時顯示瞭另外兩大地震帶的局部。

研究發現,印度板塊向北推擠,青藏高原地塊延續隆升,造成次1級的巴顏喀喇活動地塊向東擠出。地塊的擠出運動致使斷裂活動,這是巴顏喀喇地塊邊界帶上大地震頻繁產生的緣由。玉樹地震之前,在該地塊的4個邊界分別產生瞭1997年瑪尼7.9級、2001年昆侖山8.1級、2008年於田7.3級和2008年汶受傷/缺陣:/川8.0級地震(圖6)。

玉樹地震產生在巴顏喀喇地塊的南邊界,該邊界主要由甘孜-玉樹和鮮水河兩大活動斷裂帶構成。鮮水河斷裂帶是我國著名的地震活動帶之1,它的所有段落歷史上均產生過7級以上大地震。甘孜-玉樹斷裂帶位於鮮水河斷裂帶西側, 2者首尾相接。甘孜-玉樹斷裂帶也是1條活動性很強的斷層,有文字記錄以來,該斷裂帶的其他段落都產生過大地震,隻有玉樹斷裂沒有記錄到強震產生(圖6)。2010 年玉樹7.1 級地震彌補瞭該斷裂帶上的這1空段。從這方面來講,地震在玉樹產生其實不意外。

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圖6 甘孜-玉樹斷裂帶與其所處的巴顏喀喇地塊。左下與右上角分別顯示青藏高原地區的地塊劃分和主要斷裂帶散佈。左下圖中,藍色粗線代表地塊邊界,藍色與紅色圓點代表地震;右上圖中,藍色線條代表斷裂帶。2者中邊界與斷裂帶是重合的。黃色、紅色5角星均為玉樹地震震中位置。

那末,產生玉樹地震的是怎樣的1條斷層?讓我們1烏迪內斯和維羅納在進攻端都遇到瞭1些問題,他們希望能在冬窗簽下利亞伊奇解決問題。起揭開它的面紗。

4.玉樹活動斷裂---玉樹地震的首惡

玉樹地震地表破裂沿著玉樹斷裂產生,其破裂形跡疊加在玉樹斷裂的活動遺址之上,充分辯明玉樹斷裂是造成此次玉樹地震的首惡。

玉樹斷裂與其東、西兩側的甘孜斷裂和當江斷裂1起組成瞭甘孜-玉樹斷裂帶(圖6)。甘孜-玉樹斷裂帶總長約500km,沿西北-東南方向延伸,為走滑斷層。在2010年之前,玉樹地區由於沒有產生強震的記錄,人們對其關註比較少,乃至認為它是1條弱活動或不活動斷層。玉樹地震後10年來,隨著工作的展開讓我們逐步對這條斷裂有瞭1些認識。沿著2010年地震地表破裂的調查,發現更早之前斷裂上重復產生地震的地貌證據,表明這條斷裂是1條1直在活動的斷層。那末,它的活動能力如何?1般首先看它的滑動速率。斷層的滑動速率是指某個時段內斷層產生錯動的速度,1般用毫米/年表示,就是每一年運動多少毫米。2010年地震後,我們利用無人機丈量技術和放射性炭測年對玉樹斷裂的滑動速率進行瞭測定(圖7)。我們選取小型河流廢棄的河床,通過丈量取得它們經歷屢次地震後沿斷層產生的總位移(也叫積累位移);同時,收集這些廢棄河床沉積物的放射性炭年齡樣品,得到河床產生這1位移需要的時間。利用位移與時間的比值,取得玉樹斷裂的走滑速率約為6如果你對荷蘭文學所有瞭解,1定聽過文壇的“荷蘭3劍客”——威廉-弗雷德裡克-赫爾曼斯、海拉特-雷弗、哈裡-穆裡施。這3人,是2戰後荷蘭最重要的作傢,赫爾曼斯和雷弗兩大批評主義作傢以筆為槍,對抗資本主義的各個方面,還因此走上法庭;穆裡施的作品《暗殺》改編的同名電影,取得1986年的奧斯卡最好外語片獎。足壇3劍客和文壇3劍客,在不同領域影響著世界。.6毫米/年。這個數值比其東側更加活動的甘孜斷裂要小,最近幾年來的研究結果認為甘孜斷裂的水平滑動速率為8⑴0毫米/年。

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圖7 玉樹斷裂的位移丈量與采樣。T1與T2代指兩個不同時期的廢棄河床,T2更早。紅線為斷層,黑3角為年齡樣品收集點。

問題來瞭。斷層的滑動速率越高,是否是意味著它產生的地震會越大?答案其實不是肯定的。比如,同是走滑斷層的海原斷裂帶,曾產生瞭1920年海原8.6級大地震,它的滑動速率才5毫米/年左右。那末,1條斷層的滑動速率高,是否是說明它產生地震的頻率也高?這個是有關系的,但還需要同時斟酌另外1個數據,斷裂的同震位移(斷層在1次地震中產生的位移)。這個數據重要在哪裡?

5. 2010年地震,玉樹斷裂的1次非典型活動

1條斷層上可能會產生各種震級的地震,這是由於斷層有時會是整體活動,有時隻是其中1部份活動。1條斷層上如果重復產生震級相近的地震,我們稱這類地震為特點地震(圖8)。怎樣理解呢?比如,1個跳遠運動員通常能跳7米遠,7米就是他的特點距離,而如果他跳5米或6米就不是正常表現。特點地震也是如此,反應1條斷層通常產生的地震大小。特點地震的產生常常是整條斷層產生瞭活動。由特點地震產生的同震位移每次也是大小相近的,叫特點同震位移。利用同震位移和斷層滑動速率的比值,可以得到1次地震產生的時間。因此,斷裂的滑動速率需要與同震位移1起討論,才能肯定地震的產生頻率。另外一方面,通過比較特點同震位移與積累位移的關系,也能夠認識斷裂長時間的地震行動。

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圖8 美國聖安德列斯斷裂上的積累位移與同震位移(Robert E. Wallace攝)。聖安德列斯斷層是世界上著名的活斷層,該斷裂上地震重復產生,每次地震產生的位移均為10米左右,為特點位移。A與A’點對應的溪溝在1857年大地震中產生瞭10米的位移,A與A’在該地震之前本是同1個點。B與B’點原來也是同1個點,隨著斷層的不斷滑動相距愈來愈遠,現在2者之間的距離為130米,大約由12次地震所構成。紅色箭頭位置及其延伸方向為斷層。

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圖9 玉樹斷裂上的位移。a, 小溪溝被斷層錯動產生7m位移,為丈量斷層位移中最小的1組數值,兩個相對的紅色箭頭連接起來的位置為斷層,白色箭頭為小溪溝位置。b, 洪積扇被斷層錯動26m,為最大1組位移,白色箭頭唆使洪積扇的邊沿,A與A’本來為同1點。紅色箭頭位置及其延伸方向為斷層,黃色箭頭唆使斷層右邊物資的運動方向。

我們根據野外實測並結合衛星影象丈量,沿玉樹斷裂取得瞭年輕地貌體被斷裂斷錯產生的位移量(不含2010年地震位移)。這些年輕地貌體發育較晚,它們記錄的隻是最新幾次地震的位移。丈量結果顯示,位移明顯分為幾組,最小1組為6⑻米,是由1次地震構成(圖9a)。而其他幾組分別是這個數值的不同倍數,代表瞭不同次數地震的積累位移(圖9b)。這些位移分組特點顯示,在玉樹斷裂上曾以6⑻米的相同位移產生過量次地震。6⑻米的位移是玉樹斷裂的特點位移,其對應的地震是玉樹斷裂上的特點地震,是由整條斷裂同時活動產生的。而2010年玉樹7.1級地震的同震位移1般為1米左右,相對特點地震來講是1次具有小位移的“小”地震事件,不是玉樹斷裂上的特點地震,是玉樹斷裂的1次非典型活動。它的產生多是近期巴顏喀喇地塊各個邊界的活動對玉樹斷裂的觸發作用所造成。

6. 玉樹斷裂多久會產生1次大地震?

要回答這1問題,需要瞭解玉樹斷裂之前產生過的地震信息。根據斷裂上地震產生的歷史,就能夠得知其產生1次地震的時間。但是,從1次地震以後到下1次地震的產生,其時間間隔常常比我們人類有歷史記載的時間要長很多。因而,研究者們想到利用地震“考古”的方法,也就是古地震研究的方法來進行研究。通過發掘保存在地質記錄中的地震信息,就可以夠在1個更長的時間范圍內研究地震活動的歷史。研究古地震最經常使用的方法是開挖探槽(圖10)。通過選擇適合的地點,在地表挖開1個深度為幾米的長方體凹槽,揭穿和辨認沉積地層中保存下來的地震遺址,由此恢復之前已產生的強震的歷史。

玉樹地震產生以後,研究者們在玉樹斷裂的不同段落開挖瞭10幾個探槽來揭穿斷裂上的古地震事件(圖11)。結果發現, 在這次地震破裂的下面,保存著屢次史前地震的遺址。綜合所展開的這些古地震研究,對玉樹斷裂的古地震事件進行瞭逐次界定。研究表明,玉樹斷裂上在距今6,000年以來共產生過4次古地震,這些地震之間相隔的時間為1150⑴800年不等。也就是說,玉樹斷裂產生1次大地震的時間間隔為1千多年。同時,從探槽揭穿的古地震特點看,這些地震均為玉樹斷裂上的特點地震。利用斷裂長度與震級的經驗公式分析,這樣1次地震的震級大約是7.5⑻.0級。

古地震研究結果同時說明, 玉樹斷裂在地質歷史時期就1直是地震活躍地帶。這無疑也給我們1個重要的警示,工程建設和防災計劃中必須對活斷層有足夠的重視,才能預防和減輕它可能給我們帶來的危害。

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圖10 古地震研究的探槽。1999年臺灣集集7.6級地震後,在產生地震的車籠埔斷層上開挖瞭探槽,以研究它的古地震歷史。圖片來自Karl Mueller。

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圖11 玉樹斷裂上的古地震探槽剖面。紅色線條代表斷層,黃色3角為年齡樣品點。

地震是1個10分復雜的自然現象,我們對它的認識還很有限。這1方面需要加強科學研究,逐步加深對它的瞭解,另外一方面,要強化全社會的防震減災意識,學會如何更好地與自然災害共處,最大限度地減輕地震災害所釀成的損失。

來源:中國地震局地質研究所 作者:李傳友