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陈运泰：《汶川地震的成因断层、破裂过程及成灾机理》 |
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主席，尊敬的各位领导、尊敬的各位专家，大家上午好！汶川大地震从发生到现在已经有4个多月的时间了，4个多月来，灾区、各族人民在党中央、国务院的坚强领导下，万众一心、众志成城，取得了阶段性的进展。汶川大地震是继1976年唐山发生7.6级大地震以来，在我国大地上发生的灾情最为严重，伤亡最为巨大，社会经济影响最为重大的一次地震。地震以来，围绕着这次地震发生的原因，围绕这这次地震为什么会给我们造成如此重大的灾害，社会各界人士提出了许多问题。今天，我以《汶川大地震成因：断裂、破裂过程、成灾机理》为题向各位领导、各位专家做一个简要的汇报。
汶川地震发生在龙门山断裂带，龙门山断裂带在图中这个位置。（图）地震之后我们运用全国地震台网的资料以及全球地震台网的资料和四川省地震台网的资料，对这次地震的震源参数重新进行了修订，修订的结果发震时间是5月12日14点27分57秒，震中位置是31.01度，103.38度，震源的深度是15公里，震级用面波来衡量的话，面波的震级是八级，如果用所谓的地震器衡量的话，地震器的震级是7.9级。这次地震的发生根据我们现在的认识来看，它与印度板块和欧亚大陆板块在我国的青藏高原喜马拉雅山地区的碰撞、挤压有关系。在这里我要简要的介绍一下非常重要的一个理论或者学说，叫做“板块大地构造”。（图）来看全球的地震分布，图告诉我们，虽然世界各地都可能发生地震，但是在全球范围内地震主要分布在环太平洋一带，叫环太平洋地震带。另外分布在横贯欧亚的地震带。除此之外，在太洋的中脊也会发生很多地震，它是另外一条地震带，叫大洋中脊地震带，有6万公里长，虽然它发生的规模远不如环太平洋地震带和欧亚地震带那么大，但它显然是一条非常重要的地震带。
看全球的中源和深源地震分布，中源和深源地震主要分布在环太平洋的地震带、欧亚地震带上。为什么全球的地震会呈这样形式分布呢？在这里我要简单的给大家介绍板块学说理论，先从地球的内部结构说起。大家知道，地球的内部结构是由地壳、地幔、地核组成。地幔分为上地幔和下地幔，地核分为内核和外核。大家熟知的地球内部结构的分法主要由它们内部物质的化学成分来分的，如果我们按照另外一种分法，按照地球内部物质力学性质不同，地球科学家把地球内部结构分为岩石层、软流层、中间层。岩石层相当于地壳和上地幔的最上部。岩石层是什么样的情况呢？岩石层就是从地面一直到地下80到100多公里，甚至有的地方到了150-200公里深度的岩石。这个层里面地震波的速度是比较低的，地震波在里面传播的时候衰减比较慢，在地质年代10万至1亿年左右的载荷下不发生塑性形变。但是软流层处在高温高压下，岩石层漂浮在软流层上，软流层比较软，温度接近于熔点。这个层里面地震波的速度比较低，衰减也比较快。
软流层下面就是中间层，（图）按照岩石的力学性质来看，最上面是岩石层，再下面是软流层，再下面是中间层。板块构造学说研究的结果告诉我们，地球最上面的岩石层并是不一个完整的整体，也就是说不是石板一块，是被一系列的活动构造如海岭、海沟、岛弧、平移大断层和山系所割裂，形成若干个岩石层板块。（图）板块有八个，大家熟悉的欧亚板块、印度板块、澳洲板块、非洲板块、太平洋板块、北美板块、南美板块、南极洲板块。在大板块中间镶嵌着一些小的板块，菲律宾海板块、奥斯托海板块等等。一共有14个小的板块。板块构造学说的要点并不仅仅在于地球在表面上只分成若干个大大小小的板块，最重要的一点是板块处在不断的相对运动、相互作用当中。板块相对运动情况怎样？在板块边界的地方，一个板块相对于另一个板块运动，比如说太平洋板块相对于欧亚板块朝北偏向西运动，这里面两个板块互相分开。板块构造学说告诉我们，板块是处在不断运动和变化当中，运动的速率有多大呢？在各个地方是不一样的，大概每年几个厘米运动。这是什么概念呢？我们人的指甲每个星期要长一毫米，一年不剪指甲，它要长50-60毫米，也就是5-6厘米，板块运动的速率也就相当于人指甲生长的速率，从一年看这个速率是不高的。如果这个生长持续了好几千年甚至几万年那效果是十分可观的。
（图）印度板块相对于欧亚板块是由南向北偏东的方向运动，印度板块在7100万年以前远远在现在位置的前面，但是经过了7100万年以指甲生长的速度，印度板块现在运动到我们熟知的地方。板块运动的速率虽然是很低的，但是它的影响是非常大的。到底是什么力量驱使板块运动和变化呢？趋势板块运动的机制就是因为在岩石层板块的下面软流层里的对流。地球内部的、含有放射性物质，放射性物质衰变释放大量的热量，通常在大洋的脊部，在地幔下部，这些放射性物质加热的作用使物质受热上升，到大洋中脊的底部，这些物质附着在岩石层板块的端部形成新的板块，上升的过程中改变运动方向，变成朝脊方向运动。到了海沟方面就顺着板块向下又下潜，就构成了一个对流的循环。就好像在家里烧开水或者用酒精灯烧水最后看到的沸腾的情况是一样的。软流层就像我们时常看到的传送带一样，它要带动上面的岩石层向水平方向移动，到了海沟这个地方两个板块遇到一起，一个板块常常被另一个板块撞到底下，形成了板块俯冲的情况。到了软流层的板块，这个板块相对软流层比较冷，周边是比较热的软流层，就像夏天把冰棍扔到温水里一样，俯冲到软流层的板块要被周边热的软流层消融掉。整个过程是一个循环的过程，新的板块在洋脊产生，老的板块在海沟的地方消融，这个过程是按照什么样的速度在进行的呢？就是按照指甲生长的速度每年变化几个厘米，完全对流循环的过程大约需要几亿年。板块表明了地球内部是不断运动和变化的，变化的结构告诉我们大洋的底部永远年轻，平均的年龄是以亿年计算。板块的边界是地球的外面是最活跃的地方，因为受到了板块相互作用力的巨大影响，不但发生物理变化还发生化学变化，板块边界是历史上发生根本性变化的地方。这些地方都是活动构造带，比如说海底的海沟、海弧、平移大断层，还有山体。
是什么原因导致地震的发生呢？简单一句话，板块的相互作用就是地震发生的基本原因。如果两个板块相对地运动，运动虽然很缓慢，但是逐渐的变形随着在岩石内部硬力的积累，到了一定程度，岩石或者硬力达到了岩石不可承受的强度就要发生断裂，断裂的表现就是地震。如果在岩石断裂之前我们做一个试验，就会发现发生变形的破裂面两面的岩石就要反弹或者回跳到以前的位置，如果地震之前种了一排树，地震之后这排树由于岩石的变形就会到如图的位置。这个现象从1906年美国旧金山大地震可以看到，在旧金山大地震之后农家的篱笆墙发生了如图中所示的错位。我们也可以看到，1957年蒙古戈壁阿尔泰的8级地震，地震使得大块坚硬的岩石发生了长达好几米的水平错动。2001年11月15日，在我国昆仑山口的西边发生了一次比汶川大地震还大的地震，是8.1级的地震，造成了地面450公里长的地震断裂带，图为其中的一小块。因为这次地震发生在人烟稀少的地方，没有引起任何的人员伤亡，也没有引起任何的经济损失。回过头来看这次发生的汶川大地震，汶川大地震的发生与印度板块和欧亚板块在青藏高原喜马拉雅山发生的碰撞挤压密切相关。在青藏高原和喜马拉雅山这一带，北面是欧亚板块，南边是印度板块，这两个大陆板块碰撞的时候没有发生某一个板块把另一个板块撞到软流层里的情况，发生的碰撞是属于大陆和大陆会聚的边界，碰撞的结果使得地面隆起，就形成现在图中看到的现在的青藏高原和喜马拉雅山。这就是为什么我们国家的青藏高原和喜马拉雅山地壳的厚度比世界上任何一个地方地壳都厚的原因，也是为什么会有青藏高原和喜马拉雅山的原因，归根到底就是印度板块和欧亚板块的碰撞。因为这个原因我们现在可以看到非常雄伟壮丽的珠穆朗玛峰。
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