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從青藏高原到龍門山斷裂帶,四川地震多發(fā)之謎

 昵稱535749 2013-04-23
在汶川地震發(fā)生短短5年之后,四川省雅安市蘆山縣再次發(fā)生7.0級(jí)大地震。大地的震撼牽動(dòng)著眾人的心,也讓人們?cè)俅胃惺艿降厍蜻\(yùn)動(dòng)的劇烈與無(wú)情。為什么要了解地震,為什么要了解地震的背后的推力,乃至為什么要了解推力背后的地球運(yùn)動(dòng)機(jī)制,我想已毋庸贅言。


恐懼雖然并不僅僅源于未知,但是,每一次對(duì)未知的宣戰(zhàn),卻總讓我們產(chǎn)生克服恐懼的信念。但愿這篇看似“又啰嗦了一遍”的文章,能夠讓更多的人了解得再多一點(diǎn)、再細(xì)一點(diǎn)。

先從最為直觀的地形說(shuō)起吧。

西部是山區(qū),中部東部是盆地——這便是“天府之國(guó)”在地圖上給人留下的最直觀印象了。四川境內(nèi)歷次地震發(fā)生的地點(diǎn)多集中在西部的山區(qū)里。把每次地震發(fā)生的地點(diǎn)投影在地圖上,集中在一起,便構(gòu)成一條宏觀的線狀結(jié)構(gòu),與川西山區(qū)與川中盆地的交界線,幾乎重合分布。由此可見(jiàn),四川的地震似乎與盆山交界線有著直接相關(guān)性。沒(méi)錯(cuò),這條交界線,正是著名的龍門山大斷裂——一條貫穿巖石圈的巨大仰沖型斷裂系統(tǒng)。

【NASA于2008年汶川地震后發(fā)布的四川地形圖】

【其實(shí)龍門山斷裂帶震動(dòng)的頻繁程度已經(jīng)完全不用“歷來(lái)大大小小的地震資料”了。這張圖是08年汶川地震時(shí)77次余震的投點(diǎn),一次地震的數(shù)據(jù)就已經(jīng)可以把龍門山斷裂帶勾勒得清楚明了了。圖片來(lái)自維基百科?!?/p>

走向北東-西南,長(zhǎng)度綿延500km,寬度縱深70km。如果從海拔約500m的成都驅(qū)車進(jìn)入西部山區(qū),高度在極短距離內(nèi)便可陡增至一兩千米,這就是龍門山大斷裂給予給我們的第一印象了。對(duì)它縱切一刀,我們會(huì)發(fā)現(xiàn),它的真實(shí)形態(tài),如同一排山巒構(gòu)成的“巨浪”,被似乎是某種看不見(jiàn)的推力高高拋起,凝固在空間中,盛氣凌人地橫壓在四川盆地的最邊緣,持續(xù)不斷地壓迫著,卻又持續(xù)不斷地顫動(dòng)著。地質(zhì)上把這種山體與盆地接觸形態(tài)叫做“仰沖(Overthrust)”。

【仰沖現(xiàn)象演進(jìn)示意圖 圖片出處:The Earth - An Introduction to Physical Geology (2nd ed.), by Tarbuck & Lutgens, Merrill Publishing Co., 1984】

斷裂依然只是“結(jié)果”而不是“原因”。本來(lái),以巖石組成的堅(jiān)硬地殼幾乎堅(jiān)不可摧,它之所以能發(fā)生如此大的斷裂、扭曲,一定是有什么強(qiáng)大的力量撕裂了它。為了尋找“原力”,科學(xué)家們研究了龍門山斷裂帶中巖石的應(yīng)力分布,發(fā)現(xiàn)這股強(qiáng)大的應(yīng)力的確客觀存在。

龍門山內(nèi)無(wú)處不在的應(yīng)力并非雜亂分布,它們整齊劃一得近乎恐怖地,構(gòu)成了一個(gè)巨大的矢量場(chǎng)。成千上萬(wàn)的長(zhǎng)箭頭“萬(wàn)箭齊發(fā)”,直指天府之國(guó)那肥沃的平原。箭頭射來(lái)的方向就是龍門山之后那個(gè)更強(qiáng)大的存在。它在海拔上又上了一個(gè)數(shù)量級(jí),以近似橢圓的形態(tài)鑲嵌在北半球中低緯度,這個(gè)巨大偉岸的身軀,便是世界的“第三極”——青藏高原。與之相比,龍門山,不過(guò)是一個(gè)沖在最前線的先鋒罷了。

【青藏高原東緣,應(yīng)力場(chǎng)矢量“萬(wàn)箭齊發(fā)”,以龍門山為前鋒,直指四川盆地。圖片出處:cires.colorado.edu】

仰沖帶,應(yīng)力場(chǎng),青藏高原……至此,我們可以先總結(jié)出一個(gè)比較直接的答案了:四川的地震多發(fā)生在龍門山斷裂帶內(nèi)。龍門山斷裂帶,是在來(lái)自青藏高原的應(yīng)力場(chǎng)作用下而發(fā)生的巖石圈斷裂。對(duì)相互接觸的剛性物體來(lái)說(shuō),力的作用發(fā)生在兩者交界的邊緣,因此,山與盆地這兩種地質(zhì)單元接觸的前鋒帶(龍門山),便是應(yīng)力的集中區(qū)域。在高度集中的應(yīng)力下,巖石不堪重壓而破碎、崩裂,伴隨巨大的能量釋放。當(dāng)能量以機(jī)械波的形式傳遍四周時(shí),便構(gòu)成了慘烈的地震。

這便是構(gòu)造地質(zhì)學(xué)的結(jié)論。

更大的機(jī)制

構(gòu)造地質(zhì)學(xué)(Structural Geology)研究具體的地質(zhì)力學(xué)機(jī)制,但這種機(jī)制憑什么而發(fā)生?卻需要一個(gè)更大的星球級(jí)背景來(lái)提供合理的解釋。雖然應(yīng)力場(chǎng)來(lái)自青藏高原,但“高”畢竟解釋不了“震”。它頂多告訴了我們應(yīng)力輸出的方位罷了。青藏高原看來(lái)也不是根本原因而同樣只是【結(jié)果】?!暗谌龢O”的背后,應(yīng)該還有更加宏大的機(jī)制在制約著它,控制著它。

由是,輪到研究星球級(jí)尺度的地球動(dòng)力學(xué)理論——板塊構(gòu)造學(xué)(Plate Tectonics)——對(duì)應(yīng)力機(jī)制的根源提供解釋了。在板塊構(gòu)造學(xué)視野下,這個(gè)誘發(fā)并控制青藏高原的更大機(jī)制,便是印度板塊與歐亞板塊旗鼓相當(dāng)?shù)恼媾鲎病?/p>

【印度板塊自7100萬(wàn)年前以來(lái),逐步撞向歐亞大陸的過(guò)程。圖片出處:whatonearth.olehnielsen.dk】

當(dāng)然,板塊構(gòu)造,大陸漂移,碰撞造山帶….這一套東西也不是什么新鮮說(shuō)辭了。但最要害的部分卻不能語(yǔ)焉不詳。全球的板塊只分兩種——較輕的,是硅鋁質(zhì)的大陸板塊;較重的,是鎂鐵質(zhì)的大洋板塊。在板塊離散的洋中脊處,板塊物質(zhì)源源不斷地由地球深部增生,但地球表面積又基本不變,所以,在板塊匯聚的部位,地球就會(huì)對(duì)巖石圈物質(zhì)進(jìn)行“合適的處理”,以確保它自己的表面積不變。大陸與大洋之間的相撞好說(shuō),一個(gè)輕一個(gè)沉,較沉的大洋板塊插到較輕的大陸板塊下面,形成海溝,把板塊物質(zhì)拖進(jìn)軟流圈里重融,也就算消減掉了。而大陸與大陸之間的碰撞呢?由于密度基本相同,誰(shuí)也不讓誰(shuí),物質(zhì)既然往下消減不掉,就只有往上堆在地表,直到越堆越高、越堆越大…到一定程度之后,放在我們?nèi)祟惖囊曇跋?,便是巨大空前的高地?shì)了。從理論回歸現(xiàn)實(shí),由于印度板塊和歐亞板塊都是大陸板塊,喜馬拉雅山系與青藏高原,也就由此對(duì)撞而來(lái)。

龍門山里空前強(qiáng)大的應(yīng)力場(chǎng),便來(lái)自這兩個(gè)陸塊之間正在實(shí)時(shí)進(jìn)行的碰撞。這里提一個(gè)問(wèn)題:為什么前鋒必須是龍門山,而不是(所幸不是)東部的四川盆地或者更靠東的地方呢?因?yàn)?,龍門山是青藏造山帶的系統(tǒng)。青藏高原本身不是板塊,只是相撞時(shí)卡在中間的小小地塊(Blocks,如羌塘地塊等)、以及扭曲褶皺的巖石圈物質(zhì)組成的巨大堆積體罷了。龍門山是它的最前鋒。它要是再朝前,大地的“身份”就已經(jīng)徹底不一樣了——?jiǎng)內(nèi)ニ拇ㄅ璧啬呛窈竦某练e層,它的真正實(shí)質(zhì)便會(huì)漏出來(lái),原來(lái),它是組成歐亞大板塊的一個(gè)次級(jí)板塊——揚(yáng)子地臺(tái)(Yangtze Craton),是隸屬歐亞大陸的次級(jí)構(gòu)造單元,與青藏系真是一點(diǎn)關(guān)系都沒(méi)有。地臺(tái)是十分穩(wěn)定的“一體化”構(gòu)造單元,由于其陸核結(jié)晶致密,缺乏斷層等活動(dòng)系統(tǒng),因此,可以抗擊巨大的應(yīng)力場(chǎng)而保持穩(wěn)定。四川盆地,就是在這個(gè)穩(wěn)定的構(gòu)造單元上長(zhǎng)期沉積出的“沉積蓋層”罷了。

現(xiàn)在問(wèn)題清晰了。有揚(yáng)子地臺(tái)這個(gè)“屬于對(duì)方”的穩(wěn)定塊體在這里扛著,印度板塊撞來(lái)的力道已經(jīng)過(guò)不去了,只能到達(dá)離地臺(tái)最近的前緣,就在那兒積累著,積累出這個(gè)龍門山。揚(yáng)子地臺(tái)抗著這份兒巨大的應(yīng)力,不為所動(dòng)地發(fā)展它穩(wěn)定沉積的盆地,為天府之國(guó)支撐著發(fā)祥的根基。歷來(lái)龍門山強(qiáng)震雖然距離成都很近,卻鮮對(duì)成都造成嚴(yán)重破壞,就是這個(gè)原因。

總結(jié)而言,這樣的相抗,就如同兩軍的短兵相接?!坝《劝鍓K大軍”齊發(fā)的應(yīng)力之箭,被揚(yáng)子地臺(tái)這扇巨門抵御著,發(fā)射不到歐亞板塊更遠(yuǎn)的縱深內(nèi)部,結(jié)果就只能揮灑在作為最前鋒的龍門山,形成地震的夢(mèng)魘,它波及在天府之國(guó)西望的群嶺,留下千秋不息的陣痛,彌漫在我們這個(gè)被星球的偉力肆意左右的人間。

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