区域构造背景

地震是地壳中累积的构造应力集中引起地壳岩石突然破裂的结果。印度板块以每年50mm的速度向亚洲俯冲，造成青藏高原快速隆升。同时，高原物质向东缓慢流动，在高原东缘地区沿龙门山构造产生向东挤压，这种挤压受到四川盆地之下刚性地块的顽强阻挡。经过长期的构造应力能量的累积，最终在映秀地区发生突然释放，破裂构造沿龙门山中央断裂带迅速扩展，产生了地震破裂带。导致本区构造活动频繁，地应力集中，是地震的多发区（图1）。


图1：龙门山主体长期以来的应力蓄积，蓄积到了一定程度

地壳破裂，发生地震

从区域上说，四川地块岩石圈根极其稳定（深约200千米），自晚侏罗纪（一亿六千万年）以来深深地扎根于地球的深部，犹如“地轴”和磐石，坚强地抵抗着青藏高原的向东挤压，迫使向东流动的地壳物质沿高原东缘推积，并向四川地块超覆，形成宽大的南北向挤压构造带（东经105-110°），成为我国、乃至全球最活跃的地震带，这就是著名的中国中部南北向地震带。龙门山断裂带是这个带中最东缘的逆冲断层带（图2）。2001年11月昆仑山8.1级地震后，汶川地震发生表明青藏高原的挤压应力集中区由北部转向东部，沿龙门山北川-映秀断裂带北东方向约300千米长的地带释放。



图2 龙门山及其附近地震构造图


龙门山断裂带特征

龙门山构造带主要有三条断裂带组成：从西向东分别为汶川-茂县断裂、北川-映秀断裂和安县-灌县断裂（图3），这三条断裂新生代以来的活动特征均表现出由南西向北东斜向逆冲，并伴随右旋滑动分量。根据这次地震震源机制解资料推断，汶川强震的发震构造是因龙门山构造带中央断裂带，也称北川-映秀断裂，该断裂在北西西-南东东向挤压应力作用下，发生逆冲运动，属于逆冲型地震，与台湾1999年集集7.3级强震的类型一致。地震破裂滑动面向西倾，倾角约60°。根据主震和余震分布情况，初步推断这次大地震属于单向破裂地震，由南西向北东迁移。破裂方向主体受北东向龙门山构造带控制。

这次汶川地震的发震断裂，北川-映秀断裂，同样表现出相同的运动特征。据地震资料反演得出的震源深度在12-19千米，投影结果正好处在深部北川-映秀断裂带上（图3）。从现场获得的震中区的同震地表破裂特征，清楚地指示了发震断裂上盘由西向东的逆冲和右旋走滑活动分量（图4，图5A、B）。




图3 龙门山断裂构造系与在遥感影像图上强震震中位置


图4 汶川强震震中构造示意图与震源机制解释



图5A、B 汶川地震震中区地表破裂构造指示由西向东逆冲运动，




裂缝雁行斜列指示右旋走滑分量


发震断裂动力学性质分析

据分析和对比，汶川强震有两个显著特征：

其一，这是逆冲型地震。世界上许多大陆地震为平移断裂地震或正断层地震。也就是说，地震发生在两个地块平行边界，或一个地块相对另一个下落的断面上。而汶川地震运动是一个地块逆冲到另一个地块之上。这种地震类型主要发生在板块汇聚边界带上，如喜马拉雅构造带、台湾地震带、天山构造带等。在中国大陆，大部分地震构造为平移断裂或正断裂型。逆冲型地震主要沿青藏高原东北缘和东缘分布。震源机制分析表明，龙门山向东逆冲作用伴有向北的滑移，致使余震明显地向北东方向扩展，使茂县、绵竹、北川、青川等县市，甚至陕甘地区遭受重大损失 (图6)。

其二，震源浅，破坏性巨大。汶川地震的另一个特征是震源深度浅，属于浅震。关于震源深度，美国地质调查局开始认为位于10千米，后来定在19千米。中国国家数字地震台网确定的震源深度为10千米。浅层地震具有巨大的破坏性，1995年神户7.2 级地震的震源深度也约10千米，1976年唐山7.8级地震深度22千米，也属浅源地震。

洋板块俯冲带的地震最深可达数百千米，如西太平洋俯冲带最为典型。印度板块向北俯冲到亚洲板块之下，主俯冲面也深达40-80千米。通常认为地震多发生在两个板块的界面附近，多为深源地震。而汶川地震不属深板块边界的效应，震源深度（10-20千米）发生在地壳脆-韧性转换带。最新的构造动力学认为，青藏高原东部并非上百千米厚的岩石圈（地球的最外层的固体圈）整体向东同步挤压，而是分层向东流动，并且各层的流动速度不同，造成地壳的分层运动。就如五屉橱在搬运推挤时，各个抽屉分别抽拉的效果一样。汶川浅源地震可能证实了中地壳快速流动，导致龙门山向东的逆冲运动所致。

汶川地震出现的特征，表明青藏高原大陆动力作用的新动向，应该引起关注。



图6：发震断裂滑移分布图