四川为什么这么多地震?

作者:溯鹰 (构造地质学研究生,科学松鼠会成员 )

原文出处:http://www.guokr.com/i/0261075340

让我们从头讲起吧。我们找一张中国地图,大致看看四川省的结构。西部多山区,中间是盆地——这可能是我们对这个天府之国最为直观的印象了。

带着这个“西山东盆”的印象,让我们再把视角切回到四川历来大大小小的地震上,如果将震中所在的位置投影在地图中,我们大致能发现——这些地震发生的地 点,大致都排在西部的山区里,而且似乎平行于山区-盆地的交界线而呈线性分布。至于盆地中央,虽然会遭到地震的影响,但很少是直接的震中区域。

于是,经过这样一个简单的投图步骤,可得出第一步推论:四川的地震,与它西部那排最靠盆地的“山”有着相关性。这个来自经验的推论虽然简单,但实际上,已经抓到问题的实质了。

因为这条俗称做“山”的地形,正是著名的龙门山大断裂——用更能表述它真实身份的话来说,它是一条贯穿岩石圈的巨型地壳断裂系统,南北延伸越500公里,宽达70公里。

好,继续,仔细想一想可以知道,断裂,其实依然是[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。对,某种力才是原因。于是,科学家们研究龙门山断裂带中岩石的应力场发现,这股强大的应力的确客观存在,而它,则来自山 西南方向的更高一阶的地域,那个巨大伟岸的身躯——青藏高原。

于是,问题倒这里可以给出一个初步的答案了:龙门山断裂带中多发的地震,是来自青藏高原方向的应力场持续对地壳提供挤压应力,当地壳中的岩石实在不堪应力 的重压而破碎、断裂时,巨大的能量释放,以机械波的形式传遍四周,便构成了惨烈的地震。龙门山是山区与盆地两个地质体的接触带,由于对刚性客体来说,默认 其力作用在两者交界的边缘,因此,山与盆接触的前锋带,便成为了应力场释放其机械力的集中区域,在这个区域内,地震便多发了起来。
这便是构造地质学的结论。

构造地质学研究具体的地壳力学机制,但这种机制却需要一个星球级的背景来提供“合理性”。接下来便简单说一说这个星球级背景——即,板块构造对这套地壳应力机制所提供的动力学图景。

上面已经讲过,应力场分析表明挤压应力来自青藏高原….那么,为什么青藏高原要提供这么大的应力场,持续不断地压迫它东部边缘的四川盆地,以至于在前锋形成这么大的断裂系统呢?

原来,青藏高原也不是根本原因,它依然是一个[结果],是印度板块向欧亚板块正面碰撞的结果。

大陆与大陆之间的相撞不比大陆与大洋之间的接触,之于后者,一个轻一个沉,大洋插到大陆下,形成海沟和火山弧(如日本岛,但其实地震也不少了),把板块物 质带进软流圈消减掉就行了。而大陆是什么?大陆是一直漂在洋壳之上的,数亿年从不消失的“老江湖”了,密度基本相同,谁也不让谁。这种大陆板块之间的正面 相撞,消减不掉两者的物质,于是,这些物质就只有堆在地表,堆出一个巨大的土堆,放在我们人类的视野下,便是巨大空前的高地势——喜马拉雅山系与青藏高原 了。

龙门山这份空前的应力场,便来自两个大陆板块之间正在实时进行的直接碰撞。那么,为什么前锋必须是龙门山而不是(所幸不是)更朝东的四川盆地或者别的地儿 呢?因为龙门山作为青藏造山带的系统,它再朝前,便是欧亚大陆上的第一个刚性地体单元——扬子地台(YangtzeCraton)。这个巨大的地台在这里 扛着,你的力道已经过不来了,就只有在最前缘积累着,积累出龙门山。而扬子地台则抗着巨大的应力,继续发展它稳定沉积的四川盆地。

印度板块至今还在持续向欧亚板块挤压。一个巨人持续向另一个巨人挤压——以挤出世界第三极、挤出地球第一高山的劲儿使劲地挤压——可想而知,龙门山那些具体的小小岩体千万年来一直承受这样的挤压,如果在某个时刻实在支撑不住,释放能量,便形成了烈度巨大的地震。

这个问题可分解为两点:
1.为什么四川地区会发生地震。
2.为什么近几年有几次大地震。

问题1,地震和断裂/断层是密不可分的。四川西部的龙门山脉是由一个以断裂为主的断裂体系组成的,常称为为龙门山断裂带或龙门山构造带(图自:李忠权 等.2008.龙门山汶川地震特征及构造运动学初析.成都理工大学学报)。龙门山地区很少能见到完整无断裂岩块,说明其主要断裂带不是单一断层 ,而是由一系列近于平行的断裂组合成群出现(图自:林茂炳.2008.汶川大地震与龙门山构造带.成都理工大学学报)。在这个组合群里,任何一条断裂发生 地震,都是可能的。

问题2,地震之间是否有触发性,这是一个研究话题。汶川地震和芦山地震之间有什么关系,龙门山断裂带的活动性如何,地震地质学家接下来肯定会去研究的,我 们在这里猜没意义。2008年汶川地震之后,研究这里的文章太多太多。没想到的是,在短时期里,龙们山断裂复活了。遗憾的是,纵有论文百篇,终无法预测这 次地震。

说明一下吧, 先看一张中国的地形图:

从上面的那张图可以看到在四川盆地那块是下凹的。原因如下:

由于印度板块向亚欧板块俯冲挤压,导致青藏高原的物质向周边扩散(下面这张图表示的是GPS测得的地壳运动方向和大小,箭头方向表示运动方向,长度表示快慢,越长表示运动越快)。

可以看出在青藏高原的东侧在和成都平原接触的地方大陆向东南方向运动。而由于成都平原地区是一个非常强硬的块体,在这里块体直接的挤压非常严重,导致地壳破裂,形成非常多的断层。

而且这种挤压是持续的,每次地震以后释放了一些应力,而随后又会接着积累,导致四川(也包括云南)地震多发。