汶川—映秀MS8.0地震的發(fā)震斷裂帶和形成的深層動(dòng)力學(xué)響應(yīng)

滕吉文，皮嬌龍，楊輝，閆雅芬，張永謙，阮小敏，胡國(guó)澤

中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所，北京 100029

1 引言

中國(guó)川、滇地帶是我國(guó)大陸強(qiáng)烈地震“孕育”、發(fā)生和發(fā)展最為活動(dòng)、并十分強(qiáng)烈的地帶，它主要受到鮮水河斷裂帶，安寧河—?jiǎng)t木河—小江斷裂帶和龍門(mén)山斷裂系這三條呈“Y”字形展布的活動(dòng)斷裂構(gòu)造帶所控制（圖1）.它們屬于南北地震帶的重要組成部份，向北可以一直延伸到俄羅斯境內(nèi)的貝加爾湖地帶，沿該構(gòu)造帶在歷史上強(qiáng)烈地震曾頻頻發(fā)生，它是我國(guó)板內(nèi)最為重要的地震活動(dòng)地帶.

2008年5月12日14點(diǎn)28分在龍門(mén)山斷裂系地帶的汶川—映秀MS8.0的強(qiáng)烈地震發(fā)生后，中外的地球科學(xué)家們發(fā)表了一系列論文（Burchfiel et al.，2008；Xu et al.，2008；張培震等，2008；Xu et al.，2009；Yin，2010；Wang et al.，2010；Peng et al.，2009；Zhang et al.，2009；李海兵等，2010；Ma et al.，2009；Hubbard and Shaw，2009；朱艾斕等，2008；顏丹平等，2010；徐杰等，2010），主要是討論這次大地震發(fā)生的地表地質(zhì)構(gòu)造背景、地表破裂調(diào)查和對(duì)發(fā)震斷裂模型的種種推斷.基于龍門(mén)山斷裂系主要是由汶川—茂汶逆斷層、映秀—北川逆斷層、彭縣—灌縣斷裂和龍門(mén)山山前隱伏斷裂及其相應(yīng)的推復(fù)體組成，亦為巴顏喀拉塊體與揚(yáng)子克拉通的耦合地域.將這次大地震的發(fā)震斷層，即主震和一系列強(qiáng)余震的發(fā)生均歸屬于地表龍門(mén)山斷裂系中的某條斷裂帶，如MS8.0地震的發(fā)震斷層為龍門(mén)山斷裂系中的映秀—北川斷裂（張培震等，2008；Xu et al.，2009；李海兵等，2010），而把強(qiáng)余震的發(fā)震斷層歸屬于龍門(mén)山斷裂系中的汶川—茂汶斷裂和彭縣—灌縣斷裂等（Zhang et al.，2009；Ma et al.，2009）.顯然，這僅僅是從表象上基于震中在地表投影位置的推斷，即不論是主震也好，強(qiáng)余震也好，它們?cè)诘乇淼耐队拔恢门c龍門(mén)山斷裂系中那一條斷層靠近則認(rèn)為這一條斷層即為發(fā)震斷層.我們不同意這種觀點(diǎn)，而是認(rèn)為：對(duì)于發(fā)震斷層的厘定必須充分認(rèn)識(shí)到強(qiáng)烈地震孕育、發(fā)生和發(fā)展的深部介質(zhì)和構(gòu)造環(huán)境及其深層動(dòng)力過(guò)程.這也就是說(shuō)：汶川MS8.0大地震和一系列余震的發(fā)震斷裂不應(yīng)該分別屬于地表的某一條斷裂，而應(yīng)當(dāng)是在地下震源深處及其周邊地帶介質(zhì)屬性和力學(xué)結(jié)構(gòu)集中的變異地帶及其響應(yīng)，而且應(yīng)當(dāng)是一個(gè)震源體積.

圖1 龍門(mén)山造山帶與斷裂系周?chē)貐^(qū)的區(qū)域構(gòu)造簡(jiǎn)圖（顏丹平等，2010）PG－彭灌雜巖體；XL－雪隆包巖體；KX－康縣斷層；QP－青川—平武斷層；MW－茂汶斷層；BY－北川—映秀斷層；GA－灌縣—安縣斷層.Fig.1 Geological map of the Longmenshan fault system and its adjacent areas（Yan et al.，2010）PG－Pengguan complex；XL－Xuelongbao bedrock；KX－Kangxian fault；QP－Qingchuan－Pingwu fault；MW－Maowen fault；BY－Beichuan－Yinxiu fault；GA－Guanxian－Anxian fault.

2 汶川—映秀MS8.0地震的發(fā)生不是淺表層過(guò)程所致

龍門(mén)山推覆構(gòu)造帶在地史期間曾經(jīng)歷了印支期、燕山期和喜山期等多期次構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的作用和改造，特別是喜山期強(qiáng)烈的陸－陸板塊碰撞和高原的急劇隆升，且在印度洋板塊與歐亞板塊強(qiáng)烈碰撞、擠壓作用下，四川盆地與龍門(mén)山斷裂系和川西高原深部物質(zhì)與能量進(jìn)行著強(qiáng)烈交換，故促使龍門(mén)山造山帶的形成，且在川西高原內(nèi)又形成了走向交替的一系列局部構(gòu)造并構(gòu)成了該區(qū)錯(cuò)綜的特異構(gòu)造格局.基于該區(qū)鮮水河斷裂帶，安寧河—?jiǎng)t木河—小江斷裂帶和龍門(mén)山斷裂系三者呈“Y”字形展布的活動(dòng)斷裂帶所組構(gòu)的南北地震帶主體，而在歷史上強(qiáng)裂地震曾頻頻發(fā)生（圖2）.為此怎樣厘定汶川—映秀MS8.0大地震發(fā)生的發(fā)震斷裂帶則是關(guān)系到這次地震形成的機(jī)制及其特殊性，即是一個(gè)十分重要的科學(xué)問(wèn)題.

圖2 南北地震帶中段及其相鄰地區(qū)歷史與現(xiàn)今M≥7地震的“震源區(qū)”分布圖（聞學(xué)澤等，2009）Fig.2 A map of the“source areas”of M≥7historical and modern earthquakeson the middle segment of the North－South Seismic Belt（Wen et al.，2009）

2.1 南北地震帶與“Y”字形斷裂系

近年來(lái)我國(guó)在川、滇地帶布設(shè)了眾多的GPS觀測(cè)站，并進(jìn)行了大量的速度場(chǎng)測(cè)量.GPS速度場(chǎng)測(cè)量數(shù)據(jù)表明：鮮水河斷裂帶左旋走滑速率為8～10mm／a，安寧河—?jiǎng)t木河—小江斷裂帶左旋走滑為5～6mm／a，而龍門(mén)山斷裂系卻無(wú)明顯的速率變化，即僅1～3mm／a（張培震等，2008）.顯然，龍門(mén)山斷裂系GPS測(cè)量結(jié)果表明：地表并沒(méi)有發(fā)生明顯的水平向變形（因GPS測(cè)量尚給不出垂向變形），即在這種意義上應(yīng)屬“穩(wěn)定”地帶.

2.2 龍門(mén)山造山帶地域的地質(zhì)構(gòu)造活動(dòng)

在這次MS8.0強(qiáng)烈地震發(fā)生后諸多學(xué)者進(jìn)行了大量的地表地質(zhì)構(gòu)造調(diào)查并提出北川—彭灌斷裂帶是一條主要的活動(dòng)斷裂帶（Xu et al.，2008），龍門(mén)山地帶的雜巖體具有分散性，在安縣附近有轉(zhuǎn)折，且為第四紀(jì)以來(lái)地質(zhì)構(gòu)造活動(dòng)（Burchfiel et al.，2008；Xu et al.，2008；張培震等，2008；Xu et al.，2009；Densmore et al.，2007）.顯見(jiàn)，地質(zhì)上推斷該處的斷裂活動(dòng)時(shí)間尺度確屬太長(zhǎng)，最近的第四紀(jì)活動(dòng)，其時(shí)間尺度亦為1.8Ma以來(lái)，另外在歷史上沿龍門(mén)山斷裂系亦從未發(fā)生過(guò)7級(jí)以上強(qiáng)裂地震（圖2），僅在1958年在北川附近曾發(fā)生過(guò)一次MS6.2級(jí)地震.事實(shí)上，若要依據(jù)該地區(qū)的淺表層過(guò)程來(lái)量化強(qiáng)烈地震的孕育、發(fā)生和發(fā)展、乃致預(yù)測(cè)當(dāng)必是十分艱難的.這便告誡人們，汶川—映秀MS8.0大地震的孕育、發(fā)生和發(fā)展，不可能是淺表層過(guò)程或些派生現(xiàn)象造成的.它的發(fā)震斷裂不應(yīng)當(dāng)、也不可能是龍門(mén)山斷裂系在地表展布的三條斷裂帶中的某一條斷裂所致.

2.3 汶川—映秀MS8.0大地震發(fā)生的啟迪

由于地震的“孕育”、發(fā)生和發(fā)展是非頻發(fā)性的、各向異性的和非線性的，且發(fā)生在數(shù)公里到幾十公里的深處，震源機(jī)制具有極為復(fù)雜的物理—力學(xué)過(guò)程，且為在地殼深處震源區(qū)介質(zhì)破裂所激發(fā)的突發(fā)性事件.依據(jù)地表地質(zhì)構(gòu)造調(diào)查的事實(shí)表明，亦只能認(rèn)為龍門(mén)山地域的淺表層過(guò)程近期（指短期和臨震地震預(yù)測(cè)）應(yīng)屬于相對(duì)周邊為“穩(wěn)定”地帶.可是汶川8級(jí)大地震確實(shí)就在這里發(fā)生了（滕吉文等，2008）！

為此便必然會(huì)提出一個(gè)問(wèn)題：為什么地表龍門(mén)山斷裂系地帶地質(zhì)構(gòu)造近期（相對(duì)于短、臨地震預(yù)測(cè)而言）并不活動(dòng)，GPS測(cè)量的水平向運(yùn)動(dòng)亦無(wú)異常反映？顯然，淺表過(guò)程，特別是水平向物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)是受到較復(fù)雜的綜合要素的制約，它不能反映深部物質(zhì)真實(shí)的介質(zhì)破裂、運(yùn)移及其深層過(guò)程和動(dòng)力學(xué)響應(yīng).同時(shí)在這一地帶當(dāng)向上和向下物質(zhì)相向運(yùn)動(dòng)尚未達(dá)碰撞前，亦未達(dá)到一定應(yīng)力積累強(qiáng)度時(shí)，則難以在地表產(chǎn)生明顯影響，況且汶川地震乃屬一突發(fā)事件.為此有理由認(rèn)為，汶川—映秀MS8.0地震的“孕育”、發(fā)生和發(fā)展是由于地殼深部物質(zhì)與能量強(qiáng)烈交換和物質(zhì)相向（上、下）運(yùn)動(dòng)，并強(qiáng)烈碰撞造成的，汶川強(qiáng)烈地震的淺表層過(guò)程、特別是水平向物質(zhì)運(yùn)動(dòng)尚不能反映深部的物質(zhì)真實(shí)運(yùn)移和其動(dòng)力學(xué)響應(yīng).為此，這就必須去探索這次地震“孕育”、發(fā)生和發(fā)展的深部介質(zhì)和構(gòu)造環(huán)境及其深層過(guò)程和力源機(jī)制（滕吉文，2001）.

3 汶川—映秀MS8.0大地震的發(fā)震斷裂帶

松潘—甘孜塊體、龍門(mén)山造山帶和揚(yáng)子克拉通西北緣正置地表地形高差變異十分顯著的地帶，即3500±500m，且龍門(mén)山斷裂帶十分陡峭.而且這里的地殼厚度亦可差達(dá)15～20km（滕吉文等，2008）.

3.1 龍門(mén)山造山帶地域的受力作用特征

由于松潘—甘孜塊體與四川盆地在龍門(mén)山斷裂系地帶相對(duì)峙，由淺入深均為一個(gè)介質(zhì)屬性和結(jié)構(gòu)的強(qiáng)烈變化地帶，同時(shí)龍門(mén)山斷裂系又是在巴顏喀拉塊體向東南運(yùn)移，揚(yáng)子克拉通向西北運(yùn)移，即為在東南、西北兩大塊體強(qiáng)力擠壓下的受力作用地帶.在長(zhǎng)時(shí)間的擠壓作用下、應(yīng)力集中、深部物質(zhì)和能量將必在進(jìn)行著強(qiáng)烈的交換，并促使在這里形成了強(qiáng)烈地震“孕育”、發(fā)生和發(fā)展的深部空間.為此龍門(mén)山造山帶近地表物質(zhì)在水平方向上確難以運(yùn)動(dòng)和產(chǎn)生強(qiáng)烈變形.這也正是表征著這一地域GPS測(cè)量難以給出水平向物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的理由所在.

3.2 龍門(mén)山斷裂系三條斷裂向深部匯聚與發(fā)震斷裂的形成

龍門(mén)山造山帶為一條走向近NE的大型斷裂系，寬近60km、沿北東向延伸可達(dá)500km左右（震源機(jī)制解的破裂長(zhǎng)度和地面破裂長(zhǎng)度均為300km左右）（陳運(yùn)泰，2008）的逆沖—走滑斷裂系.為此MS8.0主震的“孕育”和7萬(wàn)多次余震的發(fā)生與發(fā)展過(guò)程決不能簡(jiǎn)單地從投影在地表的震中位置分布、即依據(jù)震中位置在地表距某條斷裂帶近而來(lái)套符其歸屬于某一條斷裂帶為發(fā)震斷裂帶的表像認(rèn)識(shí).這是因?yàn)辇堥T(mén)山斷裂系中這3條斷裂帶各自以不同的角度向西北方向下傾，并在深部不均勻與各向異性介質(zhì)中運(yùn)行在復(fù)雜力系作用下向深處匯聚（圖3），并在15±5km深處收斂成為一條NE方向的深部剪切斷裂帶CF（圖3中點(diǎn)劃線所示）.這條深部的匯聚的斷裂帶CF即為汶川—映秀MS8.0地震和70000多次余震的發(fā)震斷裂帶.

3.3 主震和余震震源深度分布與發(fā)震斷層

由于該區(qū)主震和余震均沿龍門(mén)山斷裂系呈NE方向展布，且分布在SW向?qū)挾葹?0～80km，長(zhǎng)近300km的范圍內(nèi)，而主要集中在寬近30～40km范圍內(nèi)，即基本上分布在龍門(mén)山后山斷裂與前山斷裂之間.顯見(jiàn)，即便是套用與震中位置靠近的斷裂亦難以確定它們與地表斷裂的歸屬關(guān)系.因?yàn)橛傻乇淼?5±5km深處龍門(mén)山斷裂系所轄主震和余震分布地帶的介質(zhì)和結(jié)構(gòu)都是非均勻的，各向異性的和呈非線性變化的.

汶川MS8.0大地震發(fā)生后，又發(fā)生了7萬(wàn)多次余震，經(jīng)過(guò)對(duì)這些地震進(jìn)行精細(xì)定位后，給出了大、小地震震源深度的分布范圍.盡管當(dāng)今地震震源深度定位尚存在一定的誤差（5～10km），但從眾多地震的發(fā)生和發(fā)展和統(tǒng)計(jì)效應(yīng)來(lái)看，還是可以取得一個(gè)逼近的結(jié)果的.統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，沿龍門(mén)山造山帶地帶的所有大、小地震的震源深度均分布在5～20km的深度范圍內(nèi)，而主體上為10～20km之間，而其統(tǒng)計(jì)峰值為15±5km，即它們均分布在半徑為5km左右的一條狹長(zhǎng)的柱狀震源體積內(nèi)（圖4和圖5）.

這與在2008年MS8.0大地震發(fā)生后給出的震源深度結(jié)果（朱艾斕等，2008；聞學(xué)澤等，2009）與2011年1月中國(guó)地震局?jǐn)?shù)據(jù)中心等部門(mén)確定的震源深度為15km左右的結(jié)論是極為一致的.

為什么在深部匯聚的發(fā)震斷裂帶CF位于地殼深部15±5km處？這是由于龍門(mén)山斷裂系在地表分布的3條向西傾的斷裂在向深部匯聚時(shí)在深度15±5km處聚焦（這在后面討論地震成因時(shí)還將要進(jìn)行論述）.這便揭示出：在巴顏喀拉塊體向ES方向運(yùn)移進(jìn)程中，下地殼與上地幔蓋層物質(zhì)沿長(zhǎng)期擠壓力系作用下的龍門(mén)山斷裂系斷層面向上逆沖，且與由上向下匯聚斷裂帶CF強(qiáng)烈碰撞，故導(dǎo)致了在深度15±5km深處發(fā)震斷裂帶CF的形成（圖3和圖5）.

顯然這條在15±5km深處的匯聚斷裂帶，是不可能與在地表所見(jiàn)龍門(mén)山斷裂系中各條斷裂帶各自的規(guī)?；?qū)挾纫恢拢且人鼈兏鳁l斷裂帶的規(guī)模均要寬大的一個(gè)有限范圍的震源體.由于這一深部匯聚的發(fā)震斷裂帶CF規(guī)模大，且為一個(gè)震源體積，故才可能沿NE方向形成一條長(zhǎng)達(dá)300km的強(qiáng)烈破裂帶.該破裂帶是以15±5km深度為中心的震源區(qū)，并證實(shí)了一個(gè)以5km為半徑，走向NE的柱狀震源體（圖4）實(shí)際上這一柱狀震源體的直徑向NE方向在減小.由于這里應(yīng)力集中，地震釋放能量的強(qiáng)度最大、也最多，且向縱向和橫向輻射，故這條收斂于15±5km深處的剪切斷裂帶CF乃是汶川MS8.0大地震，一系列震級(jí)大于5.0級(jí)的強(qiáng)余震和7萬(wàn)多次余震的發(fā)震斷裂帶.因?yàn)檫@些地震均發(fā)生在深度為15±5km深處、即地殼低速層上部的堅(jiān)硬上地殼介質(zhì)中（滕吉文，2001；陳運(yùn)泰，2008；滕吉文等，2008；Wang et al.，2007；朱介壽，2008；滕吉文等，2009）.

圖3 龍門(mén)山斷裂系的各條斷裂帶西側(cè)與在深部15±5km處匯聚和發(fā)震斷裂帶的示意圖（a）斷裂構(gòu)造分布；（b）深部斷裂與發(fā)震斷裂.Fig.3 Sketch showing 15±5km deep convergence of individual west－dipping faults in the Longmenshan fault system and seismogenic fault（a）Distribution of faults；（b）Deep faults and seismogenic faults.

圖4 深部15±5km處匯聚和發(fā)震斷裂帶柱狀震源體的示意圖Fig.4 Sketch showing 15±5km deep convergenceand seismogenic columnar sourceof seismogenic fault

4 汶川—映秀MS8.0大地震形成的深層過(guò)程和動(dòng)力學(xué)響應(yīng)

青藏高原東北緣是印度洋板塊與歐亞板塊、即兩陸－陸碰撞、長(zhǎng)期擠壓，而作用力系由近北東—北東東、乃至東南方向轉(zhuǎn)換的重要場(chǎng)所，是高原東部深部殼、幔物質(zhì)向東或東南流展的匯聚地域.由于受到東側(cè)的揚(yáng)子克拉通、東北側(cè)的華北陸塊和阿拉善陸塊的阻隔以及東北緣柴達(dá)木盆地、松潘—甘孜地塊的擠壓和強(qiáng)烈變形，故形成了東南部龍門(mén)山斷裂系、北部的祁連山造山帶和東北緣的昆侖—西秦嶺造山帶等走向各異的青藏高原東北緣構(gòu)造域.因此，松潘—甘孜與龍門(mén)山斷裂系及揚(yáng)子克拉通西北部的四川盆地乃是中國(guó)大陸東西與南北復(fù)雜構(gòu)造的結(jié)合部和重要的構(gòu)造變異地帶.這里構(gòu)造運(yùn)動(dòng)和地震強(qiáng)烈活動(dòng)，且聚集了豐富的礦產(chǎn)資源，故充分體現(xiàn)了其深部物質(zhì)與能量尚在進(jìn)行著強(qiáng)烈交換.青藏高原東北緣和川滇西部地域深部物質(zhì)向南或向東南方向的強(qiáng)烈流展共同反映了塊體的向南和向東南運(yùn)動(dòng)（熊熊和滕吉文，2002；滕吉文等，1996a，b）.它們的強(qiáng)烈滑動(dòng)亦共同反映了喜馬拉雅弧形造山帶的“東構(gòu)造結(jié)”地帶殼、幔物質(zhì)的重新分異、調(diào)整和強(qiáng)烈交換與在大型走滑斷裂帶為通道邊界的物質(zhì)運(yùn)移（滕吉文等，2006）.

圖5 汶川MS8.0大地震和余震震源深度分布圖（a）地震震源深度分布剖面；（b）地震震源深度統(tǒng)計(jì)峰值深度分布.Fig.5 The distributional map for depth of focus of major shock and aftershocks of Wenchuan earthquakes（a）Distribution for depth of focus；（b）Distribution of statistical peak depth.

圖6 巴顏喀拉塊體—龍門(mén)山造山帶—四川盆地地帶地殼與上地幔平均結(jié)構(gòu)剖面示意圖O，O′：震源點(diǎn)；SC：上地殼；LVL：地殼低速層；LC：下地殼；Moho：地殼底界面；UMC：上地幔蓋層；LMSF：龍門(mén)山斷裂帶；AST：軟流圈；1，2為在四川盆地軟流圈深度的兩種方案.Fig.6 Schematic diagram for average structure of crust and upper mantle along the profile from Bayan Har block－Longmenshanorogenic－Sichuan basin.O，O′：Source points；SC：Upper crust；LVL：Low velocity layer of crust；LC：Lower crust；UMC：Covering strata of upper mantle；LMSF：Longmenshan fault；ASF：Asthenosphere；1，2deep of Asthenosphere by two program in Sichuan basin.

4.1 印度洋板塊與歐亞板塊的陸—陸碰撞和力源機(jī)制

自岡瓦納古陸解體以后，除一部分物質(zhì)尚殘留在南極外，其它各塊體均紛紛向北東方向運(yùn)移，并在60Ma前后與歐亞板塊碰撞，最后擠沒(méi)了古地中海而形成了當(dāng)今的這種地貌景觀與地質(zhì)構(gòu)造格局.

4.1.1 東構(gòu)造結(jié)的構(gòu)造作用和深層動(dòng)力過(guò)程

由于岡瓦納古陸的解體和印度洋中脊的擴(kuò)張，使得印度洋板塊分塊向北漂移，并在兩陸－陸板塊碰撞和擠壓作用下，形成了沿喜馬拉雅弧形造山帶和一系列向南凸出的弧形構(gòu)造體系（滕吉文等，1996a，b；滕吉文等，2006）.在喜馬拉雅造山帶的西端形成了“西構(gòu)造結(jié)”，在東端形成了“東構(gòu)造結(jié)”，它們分別似“尖楔”向北插入青藏高原的東北緣和西緣.當(dāng)“東構(gòu)造結(jié)”向高原北東方向“插入”時(shí)，迫使高原東北緣的松潘—甘孜地帶構(gòu)造強(qiáng)烈活動(dòng)和變形，同時(shí)導(dǎo)致深部物質(zhì)繞過(guò)該構(gòu)造區(qū)運(yùn)動(dòng)，并形成了一系列北西向和北北西向的大型走滑斷裂系.這便為高原深部物質(zhì)的流展提供了通道和通道邊界.

4.1.2 青藏高原東緣深部物質(zhì)的運(yùn)移軌跡

關(guān)于青藏高原深部物質(zhì)的向東、轉(zhuǎn)而向東南運(yùn)移和下地殼物質(zhì)流動(dòng)已有不少討論（蘇有錦和秦嘉政，2001；Wang et al.，2001；Beaumount et al.，2004；Meng et al.，2005；Clark et al，2005；Burchfiel et al.，2008；顏丹平等，2010），這些討論均集中在推斷下地殼物質(zhì)的流動(dòng)，這顯然缺乏必要條件和充分條件.基于青藏高原東北部和川西、滇西地域的地殼與上地幔精細(xì)結(jié)構(gòu)研究可以得到該研究區(qū)的地殼與上地幔介質(zhì)的分層結(jié)構(gòu)（孫克忠和滕吉文，1995；滕吉文等，1996a，b；徐杰等，2000；滕吉文，2001；Wang et al.，2003；滕 吉 文 等，2006；Wang et al.，2007；Densmore et al.，2007；陳運(yùn)泰，2008；朱介壽，2008；滕吉文等，2008；朱艾斕等，2008；Ma et al.，2009；Hubbard and Shaw，2009；Peng et al.，2009；Zhang et al.，2009；聞學(xué)澤等，2009；滕吉文，2010；李海兵等，2010；顏丹平等，2010；滕吉文等，2010；Zhang et al.，2010）（表1，圖6）.

（1）松潘—甘孜塊體，龍門(mén)山造山帶，揚(yáng)子克拉通西北緣（四川盆地）地殼與上地幔分層結(jié)構(gòu)參數(shù)如表1.

表1 研究區(qū)地殼與地幔速度結(jié)構(gòu)分布Table 1 The velocity structure of the crust and mantle in researched region

（2）青藏高原下地殼流尚缺乏物理依據(jù)和邊界條件

由高精度的人工源深部地震探測(cè)、大地電磁測(cè)深和密度結(jié)構(gòu)可見(jiàn)（滕吉文等，2008），高速的下地殼物質(zhì)在上地殼與上地幔蓋層堅(jiān)硬物質(zhì)夾持下，難以運(yùn)動(dòng)，即不具備可使下地殼運(yùn)移的邊界條件.基于物理學(xué)或力學(xué)的基本原理，一個(gè)軟弱的下地殼與揚(yáng)子克拉通西北緣四川盆地高速、高阻和高密度“剛性”物質(zhì)相撞擊時(shí)，難以碰撞出一個(gè)MS8.0大地震.

一個(gè)MS8.0大地震，幾十次4.5～6.5的強(qiáng)烈余震和7萬(wàn)多次余震不可能在地殼低速層附近發(fā)生，并沿龍門(mén)山斷裂系形成一條深達(dá)40km，且長(zhǎng)達(dá)300km的NE向破裂帶，即不可能在軟弱流動(dòng)的下地殼中發(fā)生.

（3）殼、幔精細(xì)結(jié)構(gòu)與殼、幔物質(zhì)運(yùn)移的滑動(dòng)界面

在巴顏喀拉塊體和青藏高原東北緣地殼中20～25km深處存在一低速層（低阻層），它與該區(qū)上地殼解耦，且在龍門(mén)山造山帶地域尖滅，并構(gòu)成了一個(gè)深部殼、幔高速物質(zhì)向東與向東南運(yùn)移的上滑移面，即第一滑動(dòng)界面.依據(jù)地震面波、電性結(jié)構(gòu)展布，該區(qū)上地幔軟流圏埋深在100±10km，且向東與東南抬升減溥，并構(gòu)成了該區(qū)殼、幔高速度物質(zhì)動(dòng)運(yùn)動(dòng)的下滑移面，即第二滑動(dòng)界面.近來(lái)有人從接收函數(shù)的反演結(jié)果認(rèn)為，四川盆地的軟流圈頂部可能要比巴顏喀拉塊體深（孫克忠等，1995；滕吉文，2010）（如圖6中點(diǎn)劃線所示位置）.若是這樣，則巴顏喀拉塊體在龍門(mén)山斷裂系附近受到四川盆地高速上地幔蓋層的阻隔時(shí)，亦必沿龍門(mén)山斷裂系向上逆沖.這第二滑移面即為巖石圈物質(zhì)漂曳的上地幔軟流圈頂面.這便表明：實(shí)際上應(yīng)為下地殼和上地幔蓋層物質(zhì)以上、中地殼中埋深為20～25km的低速層、低阻層為第一滑脫面，以上地幔軟流圈頂面（深度為100±10km）為第二滑脫面，且在印度洋中脊擴(kuò)張和板塊運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)下殼、幔物質(zhì)向東運(yùn)移（小部分物質(zhì)向西運(yùn)移），故構(gòu)成了高原深部物質(zhì)在兩陸－陸板塊碰撞、擠壓作用下，并以55mm／a的速率向北運(yùn)移，而東構(gòu)造結(jié)則似一“尖楔”向高原東北緣插入，導(dǎo)致了一系列大型走滑斷裂的形成、且向東南彎轉(zhuǎn).青藏高原腹地物質(zhì)不僅受到NS向的強(qiáng)烈擠壓，同時(shí)還伴隨著EW向的拉張；不僅造成了以90°E為軸線的以西地域一系列NS向大型張性斷裂，而且促使高原腹地下地殼和上地幔蓋層物質(zhì)的向E與ES運(yùn)動(dòng).在殼、幔物質(zhì)向E與ES運(yùn)移過(guò)程中則呈同步運(yùn)動(dòng)（滕吉文等，2008）.

（4）高原深部物質(zhì)運(yùn)移的通道

這些深部物質(zhì)在“東構(gòu)造結(jié)”向北東方向“插入”時(shí)，以其東緣的一系列大型走滑斷裂為界帶并在平面上形成了幾路通道，在其東部受到四川盆地深部堅(jiān)硬殼、幔物質(zhì)的阻隔下而對(duì)峙，并造成物質(zhì)運(yùn)移轉(zhuǎn)向.這表明：青藏高原和川滇地域深部物質(zhì)向南和向東南方向的強(qiáng)烈運(yùn)動(dòng)共同反映了塊體的向南和向東南方向運(yùn)動(dòng)的同步響應(yīng)（Densmore et al.，2007；Meng et al.，2005）.它們的強(qiáng)烈滑動(dòng)則共同反映出喜馬拉雅造山帶“東構(gòu)造結(jié)”地帶殼、幔物質(zhì)與能量的強(qiáng)烈交換和其對(duì)周邊地域物質(zhì)運(yùn)移、不均勻變形和運(yùn)動(dòng)方向與規(guī)模的制約.在青藏高原深部殼、幔物質(zhì)向E與ES運(yùn)移進(jìn)程中，可分為3條通道（圖7），即：

（1）以海源斷裂（NWW向）與東昆侖斷裂帶（NWW向）為邊界的通道，深部物質(zhì)呈SEE向運(yùn)移，且部分受到東部鄂爾多斯陸塊西南段的阻隔后卻與西秦嶺造山帶物質(zhì)匯合、并相貫通，故通道逐向東收斂.秦嶺—大別造山帶則將中國(guó)東部分為南、北兩部.

（2）以東昆侖斷裂帶（NWW向）與鮮水河斷裂帶（NW向）為邊界的通道，深部物質(zhì)向SE方向運(yùn)移，且逐發(fā)散，在整體上受到四川盆地“剛性”的物質(zhì)阻隔下，并迫使部分深部物質(zhì)轉(zhuǎn)向，即向東南或向南流展.

（3）沿鮮水河斷裂帶（NW向）以南的菱形塊體為向SSE方向運(yùn)移.由此可見(jiàn)，青藏高原深部殼、幔物質(zhì)的確存在著運(yùn)移，但卻決不是下地殼流（Wang et al.，2001；Beaumount et al.，2004；Clark et al.，2005；Meng et al.，2005；滕吉文等，2006；顏丹平等，2010；滕吉文等，2012），而且因?yàn)槲覀兯v的殼、幔物質(zhì)運(yùn)移是具有嚴(yán)格的物理—力學(xué)邊界條件和運(yùn)移軌跡的，故才能構(gòu)成該區(qū)殼、幔物質(zhì)有序的運(yùn)動(dòng)和應(yīng)力的集中.

4.2 汶川MS8.0大地震“孕育”、發(fā)生和發(fā)展的深層過(guò)程和動(dòng)力學(xué)機(jī)制

在印度洋板塊與歐亞板塊，即兩陸－陸板塊NS向碰撞、擠壓和EW向拉張力系共同作用下，青藏高原東部下地殼與上地幔蓋層物質(zhì)呈整體同步運(yùn)移，且在這一相對(duì)于龍門(mén)山斷裂系和四川盆地殼、幔介質(zhì)整體較軟弱的松潘—甘孜地域繼續(xù)并逐抬升（垂向變形）.由于在向E和ES方向運(yùn)移進(jìn)程中又受到其東南側(cè)揚(yáng)子克拉通西北部四川盆地巖石圈高速、高阻和高密度堅(jiān)硬物質(zhì)的阻隔，故才使得在松潘—甘孜塊體與四川盆地之間形成了強(qiáng)烈的擠壓，并構(gòu)成了物質(zhì)與能量強(qiáng)烈交換和應(yīng)力在這里不斷積累的深部動(dòng)力作用的力源環(huán)境.

（1）由于龍門(mén)山斷裂系NW方向的深部下地殼和上地幔蓋層的深部物質(zhì)向東南方向運(yùn)移，而其頂部滑移面為上、中地殼中的低速層.該低速層又與上地殼物質(zhì)解耦，即上地殼物質(zhì)并未參與深部物質(zhì)在水平方向的運(yùn)移和動(dòng)力作用過(guò)程，而是以滑移面為界帶產(chǎn)生拆離，所以地表淺層物質(zhì)未能產(chǎn)生物質(zhì)的大規(guī)模橫向運(yùn)動(dòng)或活動(dòng).

（2）上、下兩滑移面之間的固態(tài)物質(zhì)，即下地殼與上地幔蓋層物質(zhì)在四川盆地深部殼、幔“剛性”物質(zhì)的強(qiáng)力阻隔下不能再向東南方向“挺進(jìn)”，而迫使其整體沿兩滑移面，并沿龍門(mén)山斷裂系陡立的斷層面（斷層面上附著被擠壓出來(lái)的液態(tài)物質(zhì)）為通道向上運(yùn)動(dòng)（圖8）.待向上運(yùn)移的物質(zhì)與龍門(mén)山斷裂系的3條斷裂帶向下在深部15±5km處匯聚的深層發(fā)震斷裂帶CF附近強(qiáng)烈（圖3、圖4）相碰撞，即在深處向上作用的推覆剪切力作用下，應(yīng)力高度集中，為強(qiáng)烈地震的發(fā)生提供了空間和儲(chǔ)集了能量.顯然下地殼流在受到龍門(mén)山斷裂系阻隔時(shí)不可能取得這樣強(qiáng)烈地震（MS8.0）發(fā)生的效應(yīng).

（3）由以上討論可知，汶川—映秀8.0級(jí)大地震的主震、強(qiáng)余震和70000多次余震的發(fā)生和發(fā)展屬于兩大不同物理屬性塊體之間的相向“撞擊”的產(chǎn)物.由于8.0級(jí)主震和7萬(wàn)余次余震（其中有30多次強(qiáng)余震）均發(fā)生在深部15±5km深度范圍內(nèi)（圖5），為與地表龍門(mén)山斷裂系中3條西傾斷裂向下延伸并共同匯聚構(gòu)成的震源體內(nèi)，即為一個(gè)統(tǒng)一的破裂體積.在地表的震中位置均聚集在寬30～40km的范圍內(nèi)，且向NE方向延伸300km左右.由于震源深處所發(fā)生的地震和其能量在向上輻射時(shí)便隨機(jī)地限定在這一震源體積鏈內(nèi)的不同部位（另外當(dāng)今確定震參數(shù)的誤差還尚處在5～10km之間）.所以不能說(shuō)汶川地震的發(fā)生應(yīng)該屬于地表龍門(mén)山斷裂系中3條斷裂帶中的哪一條.

（4）由于深部斷裂匯聚處為一條較寬的剪切斷裂帶（與地表斷裂帶相比），當(dāng)下地殼與上地幔蓋層物質(zhì)同步向上運(yùn)移（圖8），而3條以不同角度西傾的斷裂向下匯聚時(shí)（圖3），二者強(qiáng)烈碰撞與錯(cuò)動(dòng)（圖8），故沿龍門(mén)山斷裂系連續(xù)呈現(xiàn)出階狀近同步錯(cuò)動(dòng)的5個(gè)大于7.0級(jí)的地震并共同組構(gòu)了一條長(zhǎng)達(dá)300km的破裂帶、且呈一不連續(xù)的破裂鏈狀展布（滕吉文，2010）.這便揭示出：在如此復(fù)雜的深層過(guò)程和動(dòng)力機(jī)制制約下，才導(dǎo)致了汶川—映秀這次8.0級(jí)大地震在這一特異的深部空間環(huán)境中孕育和發(fā)生.

5 結(jié)語(yǔ)

汶川8.0大地震的孕育、發(fā)生和發(fā)展充分證明，淺表層過(guò)程和當(dāng)今的GPS變形速率測(cè)量尚難以對(duì)強(qiáng)烈地震活動(dòng)，特別是在其發(fā)生的前期，即對(duì)短、臨預(yù)測(cè)做出必要的反響；由于這是震源區(qū)介質(zhì)在力源作用下的深層物理屬性與結(jié)構(gòu)的變異所致.為此必須深化研究和探索這一地震“孕育”、發(fā)生和發(fā)展的深部介質(zhì)和構(gòu)造環(huán)境與其深層動(dòng)力過(guò)程.

（1）汶川—映秀MS8.0大地震的發(fā)震斷裂帶不是龍門(mén)山斷裂系在地表展布的某條斷裂所致，亦非近地表淺層過(guò)程或派生現(xiàn)象所能解釋的.顯然發(fā)震斷裂乃龍門(mén)山斷裂系3條西傾并向深處匯聚的斷裂帶CF，即15±5km深處的匯聚斷裂帶CF乃這次8.0大地震和7萬(wàn)多次余震的發(fā)震斷裂.該發(fā)震斷裂帶為一半徑5km左右的柱狀震源體積，且沿NE方向展布.

（2）在兩陸－陸板塊碰撞、擠壓和相互運(yùn)動(dòng)的基礎(chǔ)上，地殼中20±5km深處的低速層與上地殼解耦，并構(gòu)成下地殼和上地幔蓋層物質(zhì)同步運(yùn)動(dòng)的上滑移面.巖石圈板塊漂曳的上地幔軟流圈頂部為其下滑移面，故才使得下地殼與上地幔蓋層物質(zhì)向東南同步運(yùn)動(dòng)，并沿陡峭的龍門(mén)山斷裂系斷層面向上逆沖.顯然汶川—映秀MS8.0大地震的孕育、發(fā)生決非低粘滯系數(shù)的下地殼流所能產(chǎn)生的效應(yīng)，況且下地殼流并不具有力學(xué)上的邊界條件.

（3）龍門(mén)山3條西傾斷裂向深部匯聚和巴顏喀拉塊體向東南運(yùn)動(dòng)、抬升、逆沖，且二者在深度15±5km處強(qiáng)烈碰撞造成了這次8.0級(jí)大地震的發(fā)生，并導(dǎo)致了地表一系列派生現(xiàn)象的展布.這便表明，對(duì)強(qiáng)烈地震孕育、發(fā)生和發(fā)展的深層動(dòng)力過(guò)程研究的重要性、即必須集中于在力源作用下，震源區(qū)和其周邊地帶物質(zhì)的重新分異、調(diào)整和深部物質(zhì)與能量的交換，且必須十分重視其深層介質(zhì)結(jié)構(gòu)、破裂和變形的物理—力學(xué)過(guò)程與動(dòng)力學(xué)機(jī)制.顯然，越過(guò)地平線去“撫摸”地震震源區(qū)及其周邊地域的介質(zhì)與結(jié)構(gòu)的“脈博”，把握其介質(zhì)的微破裂，破裂過(guò)程乃致“破裂鏈”的形成確是十分關(guān)鍵的.為此，在今后地震預(yù)測(cè)的研究中，必須十分重視地震“孕育”、發(fā)生與發(fā)展的介質(zhì)和構(gòu)造環(huán)境及其深層動(dòng)力過(guò)程的研究和探索，以達(dá)深化認(rèn)識(shí)地震形成的空間環(huán)境和動(dòng)力機(jī)制，并逐步向地震發(fā)生時(shí)間、強(qiáng)度和地點(diǎn)的預(yù)測(cè)逼近（滕吉文，2010）.

圖7 青藏高原東北緣深部物質(zhì)運(yùn)移路線圖Fig.7 The route map for deep matter movement

圖8 汶川MS8.0地震形成與深部物質(zhì)運(yùn)移模型（a）殼、幔物質(zhì)相向運(yùn)動(dòng)軌跡；（b）強(qiáng)烈碰撞與地震的發(fā)生.Fig.8 Model for the Wenchuan MS8.0strong earthquake and deep material motion（a）Lous for oppsite motion of crust and upper mantle；（b）MS8.0earthquake occurrence by strong collision.

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附中文參考文獻(xiàn)