汶川8级特大地震综述

汶川8级特大地震综述

饶扬誉

（中国地震局地震研究所）

1 引言

2008年5月12日14时28分，在四川省汶川县附近发生了8级特大地震。此次地震震级大、震源浅，震区人口稠密、地形复杂、救援难度大，破坏性余震频度高、分布范围广，是建国以来我国大陆发生的破坏性最为严重的地震。截至2008年6月22日，地震造成69 181人遇难，18 522人失踪，374 171人受伤，累计受灾人数4 616余万人。房屋倒塌779万间，损坏2 459万间。初步估计地震直接经济损失高达5 000亿元人民币。

本文在分析震区大地构造背景与区域地震活动性的基础上，根据遥感影象、余震分布特点和目前已经获得的相关观测与理论模拟成果、尤其是陈运泰等（2008）的研究成果，对汶川地震的发震构造、发震动力学与运动学特征进行了初步探讨。

2 大地构造背景与区域地震活动性

2.1 大地构造背景

震区位于扬子准地台与松潘—甘孜地槽褶皱系的交接部位，其北部为秦岭地槽褶皱系。早古生代扬子准地台与其西部的羌塘—昌都陆块，均为“泛扬子陆块”的一部分。从泥盆纪开始，泛扬子陆块与华北陆块碰撞拼合。晚古生代至三叠纪羌塘—昌都块体与扬子陆块裂张解体，其间形成南古特提斯洋盆，洋壳向西俯冲，并使羌塘—昌都陆块不断向东增生而闭合，扬子板块同时向北俯冲于昆仑地体之下，于是在东西和南北方向形成双向俯冲收缩（许志琴等，1992）。

自始新世以来，随着印度板块与欧亚板块的碰撞，整个青藏地块强烈隆升并向周缘扩展，在东部受到扬子板块俯冲构造莫霍面上隆区的强烈阻挡，青藏地块向东挤出物质被分流成向东南和东北两股，东南股形成川滇菱形逸出体，东北股形成东昆仑-秦岭逸出体。其中，在高原东缘与扬子板块的交接地带，形成了龙门山逆冲推覆构造及其断裂系。

2.2 区域地震活动性

震区所在区域位于南北地震带。

南北地震带大致分布于东经102°～107°之间，分为北、中、南三段。北段，包括宁夏西部、甘肃和青海东部及其邻近地区；中段包括四川西部和其邻近地区；南段包括云南和其邻近地区。根据《中国地震简目》和近年强震目录，南北地震带共发生≥7级地震63次，其中7.O～7.4级地震38次，7.5～7.9级地震18次，M≥8.0级地震7次，以1920年l2月16日宁夏海原8．5级地震为最大。其中北段发生M≥7级地震21次，包括7.0～7.4级地震l2次，7.5～7.9级地震5次，≥8级地震4次，以海原地震为最大。中段M≥7级地震23次，其中7.0～7.4级地震12次，7.5～7.9级地震9次，≥8级地震2次，即1879年7月1日武都8级和本次汶川8级地震；南段发生M≥7级地震l9次，其中7.0～7.4级地震14次，7.5～7.9级地震4次，≥8级地震1次，即1833年9月6日嵩明8级地震。

雍幼予（1990）将南北地震带划分出4个地震期。第4个地震期从1920年开始，可分为5个地震幕。第4地震幕从1988开始到2007年结束。以汶川地震为标志，第5地震幕从2008年开始。每个地震幕活动时间为18～27年，平均为23年。

3 岷山—龙门山断裂带的构造活动

3.1 岷山断块

岷山断块是一个东西宽约50km～60km、南北长约150km的南北向新构造隆起。岷江断裂为其西界,虎牙断裂为东界，其南、北分别被龙门山构造带和东昆仑断裂所截接。

虎牙断裂北北西走向,断面西倾,倾角不定。断裂以东为中低山,夷平面高程3 200～3 500m；以西为岷山,夷平面高程约4 200m～4 500m。因此,虎牙断裂应表现为由西向东的逆冲,将东西两侧的夷平面垂直断错了1 000m左右。断裂第四纪以来的平均垂直滑动速率约0.5 mm/a,水平滑动速率为约1.4mm/a(周荣军等,2006)。

岷江断裂北部为东昆仑断裂所截接,向南经漳腊至松潘后,大致沿岷江西岸继续南延至较场、马老顶,在茂县以北的畜牧铺一带消失。分别以川主寺、较场为界,分为北、中、南三段。南段断裂西盘逆冲于第四系之上，并错切了全新统坡洪积物。中段在木耳寨附近和松潘南存在明显的冲沟左旋断错现象。北段呈右阶展布。

岷江断裂晚更新世以来的平均垂直滑动速率应小于0.53mm/a。岷江断裂显示逆走滑运动性质,且水平位错量与垂直位错量大致相当。1713年9月4日和1933年8月25日两次叠溪

7.0～7.5级地震、1938年3月14日松潘南6.0级地震、1748年5月2日6.5级和1960年11月9日6.7级漳腊地震均发生在岷江断裂带上（邓起东等，1994）。震源机制解结果表明，岷山断块区的现今主压应力优势方向为NWW，P轴近于水平，T轴近于直立(成尔稀，1981)。

综上所述,岷山断块可能是岷江断裂和虎牙断裂自西向东逆冲导致的差异运动所致,开始时间在中新世末—上新世初,岷江断裂和虎牙断裂均表现为向南东东的推覆逆掩运动。

值得注意的是，岷山断块边界断裂的逆冲兼向南的左旋滑移，与龙门山断裂带融为一体，成为龙门山断裂带走滑活动的消减带，其东界向南直达北川，西界过茂汶后，向东南到绵竹清平乡一带，其间构成龙门山断裂带的闭锁段。

3.2 龙门山断裂带

龙门山断裂带南起泸定和天全，北达广元和陕西勉县，长近500km、宽40～50km，北东走向，由一系列大致平行的叠瓦状逆冲断裂构成,具典型的逆冲推覆构造特征,中段自西向东有茂汶—汶川断裂（后山断裂）、北川—映秀断裂（中央断裂）、江油一灌县断裂（前山断裂）。

3.2.1 茂汶—汶川断裂

茂汶—汶川断裂走向北东25°～45°,由倾向北西的叠瓦状逆冲断层组成，位于彭灌杂岩西北侧。沿断裂形成强烈变形的断层角砾岩、断层泥或劈理化带，并经历了由韧性剪切到脆性破裂的发展过程。茂汶至汶川间断裂控制了岷江河谷，并在茂汶和汶川形成两个小的山间盆地（邓起东等，1994）。在茂汶东北方向断裂形迹不明显，在青川附近与北东东向的青川—平武断裂遥相呼应。茂汶—汶川断裂具有明显的逆冲兼右旋走滑性质。计算结果表明汶川—茂汶断裂晚更新世以来的垂直滑动速率为0.3～0.84mm/a，水平滑动速率

0.95～1.28mm/a（赵小麟等，1994）。

3.2.2 北川—映秀断裂

北川—映秀断裂位于彭灌杂岩东南缘，总体走向35～45°，倾向北西。该断裂是龙门山主体中高山区和东缘中低山区的分界线，断裂西北侧海拔4000～5000m,东南侧1000～2000m。沿断裂带主要发育有断层角砾岩、碎裂岩等代表脆性变形的断层岩类，局部可见碳酸盐糜棱岩，表现出脆—韧性过渡的特征（邓起东等，1994）。

一般认为北川—映秀断裂为彭灌杂岩逆冲推覆体的底界，从北川向南西经映秀直达宝兴。从GoogleEarth上看，北川—映秀断裂具有新生性质，并出现平行分支断裂。北川—映秀断裂主体起于汶川县漩口镇西南，向北东直至绵竹市北清平乡篾棚子，断层崖十分清晰，沿断裂呈现平直的V形槽谷，并出现奇特的“坡中谷”现象，众多向东南的山坡被断层整齐地断错成反坡向的断层崖。

断裂主体在漩口—绵竹清平间是继承性活动段落，而本次地震又使断裂向西南有所扩展；北川至清平间近40km的段落为与岷山断块衔接段落，断裂线性隐晦，被岷山断块的向东逆冲和向南左旋走滑所同化而成为压扭性闭锁区段；过北川后与平武—青川断裂衔接。

3.2.3 江油一灌县断裂

由多条断裂成雁列展布，总体走向北东35～45°，倾向北西，倾角5O～70°，为龙门山山前主边界断裂。

断裂在双河东北的长河坝、油茶树一带，河流北西坡形成长约3km的断层崖和断裂沟槽，断层崖倾向北西，与地形坡向相反。全新世晚期发育的最新小冲沟横穿断层崖，但在最年轻的冲洪积层中没有断层崖发育，所以其最新活动时期为全新世中期（赵小麟等，1994）。大邑至彭县一带断裂的新活动最强。该断裂从l787年灌县4．7级地震以来，曾发生过多次中强地震，最大一次是1970年大邑西6．2级地震就发生在该段上，本次地震该断裂部分段落被断错而破裂。

4 震源机制

4.1震源机制解

综合多个研究机构得到的汶川8级地震的震源机制解表明，地震破裂面南段以逆冲为主兼具右旋走滑，北段以右旋走滑为主兼具逆冲。主震最佳双力偶解：A节面走向229°倾角43°滑动角123°；B节面走向7°倾角55°滑动角63°；T轴方位角222°仰角67°；B 轴方位角23°仰角22°；P轴方位角116°仰角7°。

据陈运泰等（2008）研究，地震断层破裂长度约300km。破裂过程总持续时间近120s，地震的主要能量于前80s内释放，最大错动量达9m，震源深度约10多千米，矩震级Mw8.3（美国地质调查局Mw7.9，国家台网中心Ms8.0）。据张培震介绍，彭灌断裂也发生了60多千米的破裂。

4.2 断面静态位移分布

陈运泰等（2008）反演得到的断层面上的静态位移分布，最大静态位错约为6.7m。整个破裂以单侧破裂为主，主要的破裂向北东方向传播了约200km，但在北东方向300km处也存在着较小的滑动位移量（小于1m）；在震中西南方向，滑动位移和破裂延伸范围总体上都比较小。从最大滑动位移的分布位置来看，主要位于震中和震中北东方向100km（对应绵竹清平乡篾棚子）以内；另外在震中北东方向150km左右，也存在着最高达4.4m的静态滑动位移。破裂在传播过程中遭遇了多个障碍体的阻挡。

4.3 释能进程

根据陈运泰等（2008）研究：破裂大致由3个主要的子事件组成，所释放的地震矩分别占整个过程的16%、63%和16%，发生时间分别为0～15s，17～46s 和48～60s。第60s以后，总体上整个破裂已经基本完成，但仍有一些地方在继续发生断断续续的破裂，这些破裂只占所有地震矩的5%。因此，此次地震的主要能量释放时间大约为60s。进一步将整个地震过程分成7个阶段，对应的地震震级分别为Mw7.1、Mw7.1、Mw7.6、Mw7.4、Mw7.4、Mw7.4 和Mw7.2。这种分解对理解震源过程十分有用。

4.4 余震分布

截至2008年6月22日，汶川8.0级特大地震发生4级以上强余震220次，其中4.0～4.9级187次，5.0～5.9级28次，6.0～6.4级5次，最大余震为青川县5月25日6.4级。

余震分布具有以下特点：

1）余震分布在从青城山到青川的北东向龙门山断裂带上，长约300km，宽约60km。

2）丛集在断裂带的西南和东北端两个区段，中段与岷山断块的交接部位余震较少。

3）强余震分布不对称，主震仪器震中西南方向几乎未发生4级以上余震。

5 发震构造

5.1 发震动力机制

根据横穿龙门山的黑水—重庆—秀水深部岩石圈断面资料，龙门山构造带正处于岩石

圈厚度的突变位置,由扬子地块的岩石圈厚度95km至松潘—甘孜造山带的140km,表明龙门山构造带为一条切割岩石圈的深大断裂（四川省地矿局物探队，1990）。特别是在龙门山构造带西侧15km左右深处的中地壳之上存在3～5km厚的低速低阻花岗质熔融层,为深部滑脱层，此滑脱层自西往东深度逐渐变浅直至尖灭，并转化为龙门山铲式逆冲叠瓦系的粘性滑动基底，其深度与本次主震和余震约10km的震源优势深度十分吻合，说明低阻层外围同深度部位是粘滑或脆性剪切破裂的主要场所。

印度板块的强烈俯冲作用和周缘块体的围限，使得青藏高原内部处于水平向高应力状态。高原内部深部熔融层的存在，上地壳处于漂浮状态；在高原东缘与扬子板块的交接地带，向东挤出的物质受到扬子板块的强烈阻挡，在与之斜交的北东向龙门山构造带发生逆冲和右斜走滑破裂运动，这便是该区的发震动力机制。

5.2 发震断层

按震源沿断裂在地表的投影，初始破裂点位于青城山景区一带，在北川—映秀断裂之主体从清平向漩口的直线延长线上，垮过紫坪铺水库。北川—映秀断裂之主体为发震断裂，特大地震使断层裁弯取直，原先弯曲的北川—映秀断裂，沿其主体部分的平直段向西南和东北发生了扩展。当然，北川—青川断裂在地震破裂后期也参与了走滑活动。

同时，由于龙门山断裂带的叠瓦状逆冲特点，粘滑作用带动北川—映秀断裂下盘叠瓦片向平原区逆冲，导致江油—灌县断裂也发生了相应破裂。

5.3 震害分布

宏观震中从映秀至北川长约120km的地带，极震区烈度达到XI度。而青川一带的严重震害，主要受多次5级以上强余震、包括最大6.4级强余震的叠加影响。

值得注意的是，陈运泰等（2008）的模拟研究所给出的结果显示的，距离初始破裂点100km～135km（对应时间42～50s）之间、对应于清平—北川区间的静态位移弱化和缺震区，震害却十分强烈。从清平到北川间大规模的山体滑坡和堰塞湖的震害情况说明，这里发生过地动山摇的振动。

5.4 发震运动学

映秀一带的地下10km深处，震源体发生破裂，并以高角度向南东东方向逆冲，破裂断层在地表的投影对应于青城山景区一带，在北川—映秀断裂之主体从清平向漩口的直线延长线上，初始破裂能量相当于Mw7.1级。随后破裂向东扩展后遇到阻力于第15s时而暂时停止。

第15～18s对应于紫坪铺水库以东的断裂线性影象隐晦区。

从第18s开始发生了从北西向南东方向的强烈逆冲作用，并逐渐出现右旋走滑破裂，在27s时达到高潮，36s小低谷，39s又一次小高潮。

第42～50s之间几乎停止，对应于清平—北川区间区间约35km区段，与岷山断块的交接地带吸收和消减了大量静态位移，并以震动方式释放大量冲击动能，使得对应于清平—北川区间的河谷地带山崩地裂。50～60s之间北川—青川间一次走滑活动后，整个破裂已经基本完成。

破裂过程也包含江由—灌县断裂的局部参与。

断层模拟与影象的显露程度如此吻合，说明强烈活动区断裂影象所见即所得。

6 讨论

1）震后（四川省测绘局）GPS复测结果表明，龙泉山一带普遍向NWW方向移动了10～15cm,说明巨大地震之前，震区受到NWW-SEE方向的强烈挤压作用，上地壳处于强烈挤压状态；经过大震，断裂西南段的逆冲作用释放了巨大的挤压应变能，东南地块沿NWW向弹性回复，西北地块发生抬升和向SEE方向运移。

与此同时，在断裂带东北段，由于应力场方向与断裂走向斜交而同时表现位右旋走滑为主的活动，考虑到断裂的单侧破裂机制，断裂北西盘被强烈地向东挤压逸出，东北段的被动走滑为强余震积累了应变能，因此在这个区段发生数十次5级以上的强余震。这种机制对于理解余震趋势和未来强震迁移具有一定的指示意义。

2）岷山断块与龙门山断裂带的耦联作用，使得这个段落的走滑位移为岷山横向隆起所消减，反应在模拟的断层面上静态位移弱化和缺震现象，与这一段落主断裂的卫星影象线性隐晦有惊人的吻合。

静态位移弱化与强烈的震害形成反差，有理由相信，岷山横向隆起所造成的作用，犹如对断层西北盘的向东滑移进程的紧急制动刹车，其能量不是以位移方式，而是以振动方式施于地表而地动山摇。震前的1999年，在清平乡与汉旺镇各发生过一次5.0级地震，说明这里由于岷山断块的左行扭动与龙门山断裂带的右旋活动的交替进行，使得断裂处于循环闭锁状态。

可以认为：近南北向岷山断块东西两侧逆断层在深部的铲式归并，与北东向龙门山断裂带逆冲叠瓦系在深部会合成统一的滑动面，两者共同组成顶点朝向南东东的牛轭形逆冲隆起带，此牛轭带以西的深部，有统一的花岗质熔融层滑床，以蠕滑为主；牛轭带本身的粘滑和脆性破裂作用，是大震的主要场所。

本次地震，跨过这一牛轭带后，静态位移又是如何在北川—青川间重新复活的？其机理值得研究。

3）主震震中西南方向余震极少，而西南余震区的几次6级以上强余震又几乎与主震震中重合，是否说明西南隅处于闭锁状态，或者受到其他横向断裂的控制，亦或具有自由的活动边界，需要进一步研究。

4）从GoogleEarth上看，北川—映秀断裂从都江堰市虹口乡，向北东直至绵竹市清平乡篾棚子，断层线平直，众多向东南的山坡被整齐地断错成反坡向的断层崖，南升北降。这种构造地貌形态与传统逆冲推覆构造特征相悖。可能是背冲断层；亦可能是滞后伸展作用、或逆冲片后缘由于侵蚀而发生重力伸展，具体需要作进一步调查。

5）从震后GPS测量回弹性复位情况看，本次地震释放了四川盆地北西西—南东东方向的挤压应变，似乎对大震有一定的免疫功能。但从历史地震看，本区具有明显的“双主震型”发震特点。除1976年的松潘两次7.2级地震不在龙门山断裂带外，据统计，1960～1999年这里发生的4级左右地震共34次，其中在短期内成对出现的有13对26次，约占76．5%，其最大间隔为3个月；对于大地震是否也适用，值得关注。

7 结论

1）震区位于青藏高原东缘与扬子板块的交接地带，高原向东挤出物质受到扬子板块的强烈阻挡后，在与之斜交的龙门山构造带发生逆冲和右斜走滑运动。

2）龙门山构造带西侧中地壳之上存在熔融滑脱层，自东深度逐渐变浅并转化为铲式逆冲叠瓦系的粘性滑动基底，其深度约10km，与本次主震和余震优势震源深度十分吻合，是粘滑或脆性剪切破裂的主要场所。

3）本次地震发生在龙门山断裂带的中北段，以龙门山中央断裂为主要发震断层、前山断裂亦受牵连。

4）发震断层在地表的投影位于漩口一带的龙门山中央断裂西南延长线上，为初始破裂段落；漩口至清平间为主要破裂段落；清平—北川间断层静态位移弱化，而以强烈震动方式消减了巨大的冲击能，震害亦极其强烈，似乎跟岷山横向隆起的消能作用有很大关系；北川—青川间走滑位移重新复活。

5）强余震丛集在断裂带西南和东北端两个区段，中段与岷山隆起的交接部位较少。

唐山地震三十余年后悲剧重演，痛之切切。痛定思痛，吾辈应该忍辱负重，奋发而有为，其任重而道远！

（图表、参考文献略）