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组合地块的弹性回跳模型——汶川地震、玉树地震的发震机制探讨

已有 6498 次阅读 2010-4-15 00:39 |个人分类:专业探讨|系统分类:科研笔记| 汶川地震, 玉树地震, 组合地块, 弹性回跳, 发震机制

关于汶川地震的发震机制,存在多个模型。但大多数模型都是简单从下地壳流推动巴彦喀拉地块东流,在龙门山地区受到华南地块的阻挡,当应力积累到一定程度超过断裂带的滑动强度,岩石发生破裂,从而发生地震。这种说法确实没有错,但并不能给人更多的启迪,因为它无法对未来地震的迁移有明确的指导作用。相比较而言,张培震所长提出的组合单元模型,将汶川地震发震机制分解为形变单元、应力积累单元、和支撑单元三大部分,从形变和动力机制的角度揭示了汶川地震的应力积累和发震过程,较之前述认识大大推进了一步,因而受到了较多的关注。然而,组合单元机制虽然可以为世界上其他类似构造区域的发震模式提供参考,却也忽视了相邻活动地块之间的相互作用,因而也很难为汶川地震所触发的下一个地震提供明确的指导性意见。

汶川特大地震所触发的下一个地震在哪里?毫无疑问,这是汶川地震后至今,人们一直关心的问题。目前存在多种认识,可谓众说纷纭。许多学者根据上世纪70年代中期川滇与华北地区地震依次发生的经验,将视角投向华北大地,认为华北可能存在一定的危险性;也有学者依据空区理论,认为汶川地震中龙门山断裂带未破的南段存在较大的地震危险性。但是这些认识大多是一些经验性的归纳而没有物理模型的依据。有一定理论依据的是沈正康的团队依据库伦应力给出的一些应力增量分布结果。当时我记得好像北部的西秦岭断裂带地区是库伦应力增加的危险区,鲜水河断裂带地区好像大部分是减弱的。我看了这个结果有点失望,因为和我下面要介绍的我认为的模型不一致。

在培震所长一次介绍其组合单元机制的报告中,我萌发了下面介绍的“组合地块的弹性回跳机制”。我当时将鲜水河断裂带的高速运行与汶川地震联系起来。由于塔里木、阿拉善、鄂尔多斯、华南等刚性地块的阻挡,青藏高原的运动特性是由南向北逐渐减弱。对于巴彦喀拉地块而言,南部鲜水河断裂带左行速度很快,而北部东昆仑-西秦岭断裂带的运行速度相对较慢。这就形成了川滇菱形块体在鲜水河的一侧拖曳这巴彦喀拉地块往东南方向运动的状态。GPS观测结果表明,在巴彦喀拉地块内部,南部靠近鲜水河断裂带的地区运行速度快,而向北逐渐减慢,同时运动方向也发生了转变(由东南转为北东)。现在如果将巴彦喀拉地块的北东端固定,统一分析川滇菱形地块、巴彦喀拉地块、华南地块之间的相互作用,则可以总结出一个很有意思的模型:组合地块的弹性回跳模型。

首先解释一下“弹性回跳”。弹性回跳模型是一个非常著名的发震机制模型,主要用于走滑断层地震的解释中。走滑断层两侧的地块由于存在相对的运动,在断层面上,两个地块之间就存在相互作用(主要是摩擦作用)。一般情况下,断层之间以蠕滑的方式消减其两侧地块之间的相互作用,但在一些断层面不光滑的地方,断层之间的相对运动被锁定,而地块依然要运动,随着断层两侧的物质往前运动得越来越多,闭锁段累计的形变能就越来越大,当其超过闭锁段断层所能承受的强度时,以地震的方式释放能量,产生所谓的“弹性回跳运动”。

可见,经典的弹性回跳模型是解释一条断层的,而且主要是解释走滑型断层的。现在我们利用这个原理来解释汶川地震的发震机制。当川滇菱形地块拽着巴彦喀拉地块的西南侧一起往东南方向运动时,受到了华南地块的强力阻挡作用。这个阻挡不是均匀的,而是越往北越坚实,其结果是龙门山断裂带的中北段较南段变形小,能量积累多,而南段则不断地蠕滑运动,小震多,形变释放较为充分。龙门山断裂带地区这时就像一根南段受力、中北部被顶住的扁担一样,中部可能存在局部的应力集中区。当中北段积累的能量达到一定程度后,断层带破裂,汶川地震发生了。中北部借着汶川地震所产生的破裂回跳到与南段同样的变形程度。

支持上述“组合地块的弹性回跳模型”的证据之一,就是汶川地震既没有使得龙门山断裂带的南段破裂,同时也没有在巴彦喀拉地块里面找到北西向延伸的、破裂分界断层。我一开始对此百思不得其解,曾就这件事情问过张所长,张所长说那个分界面可能是小鱼洞断裂。但是小鱼洞断裂的南部仍然有很多余震分布。我后来觉得只有用上述的弹性回跳模型才能清楚地对此进行解释:因为是“回跳”,是应变的恢复,所以不需要破裂的分界面。

组合模型的弹性回跳理论有什么用处呢?

首先,由于中北部闭锁的应变能的释放,整个龙门山断裂带恢复到应变松弛状态,这不仅对已经发生破裂的龙门山断裂的中北部,而且对龙门山断裂的南部也是如此。因此,无论是中北部还是南部,龙门山断裂带已经是一个比较安全的断裂,它将开始新的应力积累,为下一次大地震存储能量。而下一次大地震的时间,按照张所长的统计和推演,估计要千年以上了。

其次,对于鲜水河断裂带而言,在汶川地震前夕,由于华南地块的阻挡而可能造成的巴彦喀拉地块的弯曲变形,使得川滇菱形地块与巴彦喀拉地块之间的作用减弱;汶川地震的弹性回跳,使得巴彦喀拉地块与川滇菱形地块在鲜水河断裂带上结合得更为紧密,从而产生更强的作用力。因此,对于鲜水河断裂带而言,也要开始又一次的应力积累和地震活跃期。由于鲜水河断裂带的走滑特性,且地震周期较短,因此,我认为汶川地震后需要继续重视对鲜水河断裂带的地震活动性。(鲜水河断裂带是汶川地震前地震距极端重视的一条大型活动带)

基于上述模型推理,我曾经在一些场合提出了汶川地震后鲜水河断裂带的活动性,但未引起足够的重视。我在组里的讨论中也发表过数次关于组合地块弹性回跳模型的意见,强调重视鲜水河断裂带,也未引起共鸣。现在玉树地震(7.1级)的发生在一定程度上印证了我的推断,并为这个模型提供了一个较为切实的证据。

当然,即使是现在,我也不认为这个模型一定就是正确的,它只是我认为的具有较强理论意义的、较为合理的模型。也许玉树地震的发生于我原来的预测仅仅是一个巧合,也许这个弹性回跳模型根本就不存在,因为以我现在这样的论述是远远不够的。要真正对这个模型进行充分的论证,还需要查阅各方面的文献,利用形变、地质和地球物理测深资料,开展动力学数值模拟计算,进行综合的分析讨论。只有这样才能使得这个模型不仅仅停留在一个概念和观点上,而是有着坚实的证据支持的。

玉树地震发生后,我打电话给张所长,张所长勉励我可以在这个思路上继续做下去。但是,由于时间和精力都有限,我感觉自己很难完成这个任务,现在把这个思路放到网上,希望给有兴趣的同志有所启发。

 (注意:以下图件中的汶川地震和玉树地震,是图方便随手点上去的,仅是为了示意而用。其位置与实际位置可能存在较大的偏差。)









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