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汶川震后100秒Comments>>

发表于 2008-05-27 16:19 | Tags 标签:, , , , , ,

小屁牛,赤脚板

2008年5月12日下午2点28分2秒(北京时间),汶川特大地震爆发了。在随后的100秒内,西起康定,东至略阳,形成了一条长约500公里的 破裂带,释放出约6.3*10e16焦耳的能量。这相当于在破裂带上,将1000多颗投掷在广岛的原子弹,在100秒内陆续引爆!生命的脆弱和无助震撼人 心。我们正视这淋漓鲜血的同时,也不忘冷静地思考和探索:汶川特大地震,在震后100秒内,究竟发生了怎样的物理过程,这些过程对震区又有怎样的影响?

下边的动画演示了汶川主震的地下岩体破裂过程。红色直线表明破裂面在地表的出露位置,整个假定的断层与地表大约成40度埋于地下,长620公里,宽60公里,颜色对应于错动的距离.

破裂过程: 优酷
破裂过程: youtube

一般情况下,面波震级Ms=6级地震,震源破裂持续5~10秒。而对于这次汶川地震,面波震级Ms=8.0,震源破裂过程持续了100秒左右,其中主要能量释放集中在前70。在详细考察这一复杂过程前,我们不妨先来看看这场灾难前所埋下的伏笔。

1.序幕

受印度板块的推挤,年青的青藏高原向东隆起扩张,被古老坚实的四川盆地所阻挡。在青藏高原的东缘,四川盆地的

西部,两个板块角力的结果导致青藏高原 逐渐将四川盆地压在身下,形成北起广元,南至天全,长约500公里,宽约30公里的龙门山构造带。龙门山构造带中有几条主干的断裂活动带(图1、图2), 它们是这次汶川地震的直接成因。

龙门山主干</p

图1:龙门山断裂带1

longmenshan

图2:龙门山断裂带2,断层以逆冲为主,右旋为辅。

关于断层的形成,一般如此解释:两个板块的相对运动会在一个面内积聚起强大的应力,超过这个面附近的介质强度时,开始沿这个面破裂,形成断层。之后,断层 面的两个块体继续运动,由于断层面上下盘之间存在强大的摩擦力,在这个面还会继续积累新的应力,直到新的应力超过摩擦力之后,就会触发沿断层面的进一步破 裂。如此周而复始。

限于手头资料,虽无法考证龙门山断裂带的形成时间,但考察这条断层上的地震并不困难。根据历史地震目录,这条断层上的上一次的应力释放是在1657 年4月 21日,为一次震级为6.2级的中强震。三个半世纪以来,青藏高原每年以数厘米的速率继续向东推挤,四川盆地仍然坚守不动,在两大块体交接的龙门山断层 上,岩体间已积累了强大的应力,如同一个超级巨大的弹药库,只等一颗火星,它便轰然爆发。

2.点燃导火索(0-15秒)(图3)

图3:汶川震源破裂过程0-15秒

北京时间2008年5月12日下午2点28分2秒,川西的孩子们也正专心学习,放飞梦想的时刻。在距都江堰市25公里,距汶川县城58公里,距成都 市75 公里的映秀镇附近(东经103.27,北纬31.08N),地下10公里左右的岩体终于不堪几百年来的扭曲而产生的重负,发生突然的断裂和错动,汶川特大 地震的导火索被点燃!

2s后,破裂激发的地震波开始到达地表,震中上方映秀镇的人们开始感觉到突然的抬升,房屋开始摇晃,玻璃窗开始破裂。反应快的人们开始冲出房屋逃 生,但不 幸的是,能逃生的时间太短。在他们感受到晃动之后不到1s(震后3s),破裂沿着断层冲出地面,大地开始剧烈摇晃,疯狂地撕扯着地面所有的建筑。霎时间, 房屋坍塌,山体抖落,砖块水泥和滚滚巨石将无数生灵掩埋。

然而,这仅仅是大灾难的开始……

地下岩石的错动在周围岩体上积聚了强大的应力,导致了后续的破裂,并由此以3km/s左右的速度传播开来。由于种种原因,震中西南的岩体破裂程度较轻,但在震中东北的岩体却承受不住,一发不可阻挡地破裂开来。

震后15秒,随着地震波的传播,汶川县城,茂县县城,都江堰甚至成都开始有感。而安县,江油,北川等地,地震波还未抵达,当地的人们,仍继续着往常一样的平静祥和的生活。但是破裂的死神,正张牙舞爪地向他们扑了过去。

3.15-45秒,主要过程。

汶川破裂过程

图4:汶川震源破裂过程15-45秒

破裂继续延伸,到25s左右,北川等地有感,但此时破裂还未抵达,它们在震中东北遭遇阻挡,转悠了一会,甚至返回过震中并企图向西南发展,但没能得 逞。经 过一段时间内的来回倒腾,到震后45s,形成了长约120公里的破裂区域(图4)。把几百年来当地板块运动积累的大部分能量的在短短30s时间内释放在了 这个区域。在这个区域附近的汶川,茂县,都江堰市,绵竹县造成了惨重破坏。

根据龙门山附近断裂的逆冲性质,断层错动以上盘为主,下盘为辅。也就是断层附近的地表运动,红线以西的地区将强于红线以东的地区。所以汶川、茂县所 受的地 面运动将强于都江堰和绵竹县。根据断层错动量判断,最大错动基本都位于断裂出露地表的位置(红线),因此,靠近地表出露的映秀镇,受到严重毁坏也就不难理 解了。

4.北川!北川!45-70秒。

图5:汶川震源破裂过程45-70秒

噩梦远未就此结束,北川在有感之后不到20s,破裂抵达,在北川县城地下又进行了一次集中释放,主要区域接近100公里。这次事件直接导致另一场人间惨剧在北川县上演,两个主要因素使得北川面临比极震区更为强烈的破坏!!

首先是地震波的多普勒效应(图6),使破裂一开始释放的能量,集中冲击位于破裂传播方向上的北川县。我们用小学数学粗糙估算一下:北川位于震中东北 150 公里处,最先到达的P波速度为6km/s,破裂速度为3km/s,发震后约150/6=25秒,地震波到达北川;发震后150/3=50秒,破裂前锋到达 北川。也就是说,发震后50秒内产生的地震波,被压缩至50-25=25秒后,在北川释放,能量密度为不考虑多普勒效应时的2倍!

破裂过程的多普勒效应

图6:破裂过程中的多普勒效应。

其次,这次破裂的地表出露,几乎就直接经过了北川县城;而破裂出露的区域,也正是错动最为剧烈的区域。如果说汶川县的地震相当于在地下10公里处引爆了原子弹,那么北川县的地震,就相当于在北川人民的脚底板下,直接引爆了原子弹。

多普勒效应和位于破裂出露区,两大因素加在一起,使得北川县的破坏较极震区的汶川县要更加严重!

在这一时间段内,破裂还从起始点陆续地向西南方向,扩展到了康定一带,不过释放的能量相对较小。

5.70-100秒:

地震的破裂过程已成强弩之末,破裂艰难地向东北延伸至青川一带,虽然破裂较微弱,但由于多普勒效应,地震波就在当地造成了破坏。至100s,汶川主震的破裂过程基本终止。 在随后的几个小时内,地震波将贯穿全球。邻近区域重庆,昆明,将依次感受到P波,S波和面波3次震动;较远地区如北京、上海,高层建筑受面波的影响,也将发生明显的低频晃动;整个地球将发生全球自由振荡,就像用手轻拍了一下的篮球,整个球体都震动起来。

通过对震后100秒,岩体破裂过程的详细考察,利用弹性理论,可大致估计出极震区地表的形变量。这些信息,都可为震后救灾提供宝贵的参考意见。

防震减灾、抗震救灾,对于科技工作者来说,是一项特殊的责无旁贷的任务。如何将科学知识转化为防灾救灾力量,则是一项社会的系统工程,需要多方面的积累和合作。汶川地震,总结经验的同时,更多地反思不足,才能真正地向前进步。

以此文祭奠汶川地震中逝去的生命。

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13 Responses to “汶川震后100秒”

  1. denovo说道:

    果然是专业人士!多普勒效应是第一次看到。图片也都很好

  2. y073说道:

    太专业了

    我们这也有震感
    全国大部分地区都有震感
    为什么就这一次的大地震传播的这么远的
    我的意思是
    为什么这次的地震能让基本上全国范围的同学东感觉到了
    影像了这么远的范围?

    还有
    为什么只分析了这么窄的(白色)范围?
    还是因为数据有限?

    我就看见你的时间在蹦了
    那种标着0-6m的渲染图例是什么意思啊?

    底图是遥感影像吗,很漂亮,就是分辨率不是很高阿
    自己的作品应该写名字,但是出于国家安全的考虑
    在网络上公开发布的地理数据最好不要标明绝对位置坐标

    • 小屁牛说道:

      为什么这次的地震能让基本上全国范围的同学东感觉到了?

      主要是震级大,而且震中在四川西部,离全国相对来说都很近。

      白色范围是反演时假定的岩石破裂范围。考虑到物理过程、计算效率和其它结果,综合起来假定的一个范围。

      0-6的图例表示的是断层错动的距离,单位米。

      底图是网上可以获得的数字高程图,分辨率够用了吧。

  3. 敲石头的人说道:

    受益了,非常不错,呵呵
    希望我以后也能像您一样写出这样的文章哈。

  4. 桔子帮小帮主说道:

    不错,终于明白什么叫“逆冲”了!

  5. [...] (吾无五物;地球化学专业博士生) 【专业视角】汶川震后100秒 (小屁牛,赤脚板;地球物理专业研究生) [...]

  6. 吃石头的人说道:

    终于明白了!

  7. 吃石头的人说道:

    西起康定?
    康定?康定?康定?康定?康定?康定?康定?康定?康定?康定?康定?康定?康定?康定?康定?康定?康定?康定?康定?康定?康定?康定?康定?康定?康定?
    康定有破坏吗?

  8. 氢气球说道:

    太可怕了

  9. ihaveadream说道:

    过去快4年,看后依然感动,谢谢!

  10. 414444说道:

    谢谢

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