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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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31 Responses to “从青藏高原到龙门山断裂带,四川地震多发之谜”

  1. Zephyr说道:

    “四川地震多发是因为blah blah blah blah。。。”
    “说人话!”
    “三峡水库压的。”

    • OnceChan说道:

      你这想法真是蛋疼啊,三峡水库在重庆和湖北的交界处,离发地震的地方有近1000公里,低海拔的地方能压到千里之外的高海拔地区?

      • fare2000说道:

        你连“给我一个支点。可以翘起地球”的简单原理都不懂?

      • fare2000说道:

        龙门山就是那个破裂的支点

      • fare2000说道:

        512之前一两个星期看到过蓄水高度达到新高度的新闻。

        • cdmouse说道:

          想象力这个丰富呀

        • llww说道:

          三峡水库蓄水到最高水位是在每年十月下旬,到年底强保持最高水位运行,然后从一月份开始逐步下泄库容降低水位以补充一到五月枯水期长江天然流量的不足。到每年五月的时候,三峡水库已经是很低的水位了。

    • 黑色翅膀说道:

      这分明是讽刺嘛 bazinga!

    • 往事ruyu说道:

      http://www.dituhui.com/special/yaan 我这里还有四川省雅安市庐山县地震专题地图呢,共享共享

  2. 张宁同学说道:

    不太喜欢这几期……因为我对这些很了解

    • I‘m feeling lucky说道:

      嗒,还是有很多小白不懂的,就比如我==

  3. 逝水fox说道:

    小的时候在四川印象中没有这么大的动静,记事以来也遇到过几次5~6级的。汶川和芦山这两次确实动静太大了

  4. qwerty说道:

    我爱死成都了

  5. 隐矢宇说道:

    嗯。。我估计四川地壳的应力还需要三五年的释放才能进入一个平缓蓄力期。

  6. 隐矢宇说道:

    地震后需要注意:水、食物、帐篷、保暖、安保、通信、、、还有什么来着?

  7. 东吴王郎说道:

    楼主一层一层地剥开,因果关系理得很清楚,受教了。

  8. Nait262016说道:

    看了上面的文字,突然觉得成都在真是宝地啊,心里安然了很多。但是我也一直有一个疑问,台地一直承受着巨大的应力为什么不会破/断裂喃?历史上有无台地破裂的先例?

    • Eincostein说道:

      我记得央视拍的东非大裂谷纪录片里说的,非洲中间也有一个大的地台,东非大裂谷的破裂抵达地台边缘的时候,只能绕行,一个破裂变成了两个分支绕过此地台,可见有多坚固。。

  9. sigma说道:

    原因很早就了解了,只是担心成都毕竟离龙门山断裂带那么近,长久下去会怎样?比如一千年,一万年,十万年以后。。

  10. xstang说道:

    写得很清楚,专业人士的干活。

  11. you说道:

    写得好,让人容易理解。配图选得太好,不用看文字就知道是怎么回事了

  12. 张墨存说道:

    好!看得我精神抖擞!

  13. h c j 1 23456说道:

    文章写的好,很有道理,很科学!请教几个问题哈1,四川盆地内部的断裂是怎么回事?2,这些断裂会不会随着这两次大地震而变的有应力释放呢?估计会有多大呢?会活跃起来吗?大概会是什么时候呢?比如龙泉山断裂和新都--成都断裂;3,成都平原下面的沉积层会削弱地震还是加大地震的能量呢? 谢谢

  14. granulite说道:

    那张有箭头的图不是什么应力矢量啊,这是位移方位图啊

  15. 香港文科人飄過说道:

    為中國帶來許許多多麻煩問題的印度次大陸……

  16. versugw www.kuaipu.com.cn说道:

    企业OA系统