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汶川地震震源区的物质组成和结构

已有 4062 次阅读 2008-6-3 10:17 |个人分类:学术观点

嵇少丞在“为什么四川汶川大地震那么强?”一文中提出,“强岩强震,弱岩弱震,软岩无震”。网友Yongli Zhang在“嵇少丞的文章把外行人说明白,把“内行人”说糊涂”一文中进行了补充和解释,我认为有些地方提的不够确切。  

从高温高压实验岩石力学的结果看,“强岩强震,弱岩弱震,软岩无震”毫无疑问是正确的,但是在实际应用时需要考虑实际地质条件。

从地质图上看,震中附近是强度大的花岗质结晶岩,在北川和青川附近是强度比较小的沉积岩,但这仅是地表我们看到的结果。地壳深部的物质组成和物理力学性质需要地球物理与高温高压实验、结合地质学综合判断和解释。因为大陆地壳深部是纵向、横向都高度非均匀的,而且与地表看到的不一致。因为沉积岩仅分布在地表一下3-5公里深的浅表,深部是岩浆结晶形成的结晶岩以及变质岩(各种岩石包括沉积岩在深部高温高压作用下发生变质作用,形成变质结晶岩)。

问题的关键在于,地震(包括余震)都发生在10-20公里深的地方,在这些地方,是什么岩石需要研究,但肯定不是地表所看到的软弱沉积岩。

根据反射地震勘探(利用天然地震或放炮产生的人工地震的反射波)得出的地壳波速结构表明,在龙门山内,0-3公里内,纵波(P波)速度在4.6-5.2公里/秒;5-8公里内,纵波(P波)速度在6.0-6.15公里/秒;在8-18公里的深度,纵波(P波)速度6.4公里/秒;18-20公里内,纵波(P波)速度5.9公里/秒;20-45公里内,纵波(P波)速度在6.6-6.8公里/秒。

根据在高温高压下测量得到的纵波(P波)速度结果(表1),结合地球物理结果,我们认为,在龙门山地区,0-3公里是古生代-中生代沉积岩;3-8公里是浅变质杂岩(低绿片岩相)(寒武系、震旦系、中新元古界),8-18公里是破裂和摩擦强度都很大的花岗杂岩,与地表见到的彭灌杂岩体一致(在映秀到北川、青川下面,这一深度都是这种岩石,而不是软弱的沉积岩),地震主要发生在这一深度;18-20公里是低速的剪切带层,是浅表见到的脆性断层在深部的延伸,但由于深部高温条件,断层表现为具有塑性变形特征的剪切带。这次发生地震的断层在深部就沿这条剪切带向上逆冲。

与龙门山相反,成都平原在15公里左右以上(局部地方达到20公里),纵波(P波)速度在5.6公里/秒.因此,成都平原0-15公里(或20公里)以上是软弱的沉积岩,成都平原在这一深度不会出现大地震,但是成都平原下面的隐伏断层(没有出露于地表的断层)在20公里以下不能完全排除发生地震的可能。

北川和青川地区地表破坏非常严重的原因,地震学家根据地震波的特性分析表明,发生地震的断层是分段破裂的,分别在映秀和北川形成两个大的地表位移。

目前强余震主要集中在北段表明,南段应力基本完全释放,而北段应力处于积累状态,并且断层破裂在向被扩展。同时,在北部已经发生的强余震表明,北部虽然地表是软弱的沉积岩,但在10-20公里深度仍然具备发生地震的条件。



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