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断裂带:地震的“老巢”

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地震是人类社会面临的最重要自然灾害之一。在许多国家的历史上,地震都曾留下一些惨痛的民族记忆,其中包括我国1976年唐山大地震和2008汶川大地震、日本2011年东北大地震和美国1906年旧金山地震。那么,地震的发生有什么规律呢?地震到底能不能被预测?实际上,这不仅是社会大众关注的问题,也是地震学家一直苦苦思索的问题。遗憾的是,目前地震预测仍是世界性的科学难题。但是,这并不代表我们对地震一无所知。比如,地震的“老巢”断裂带,我们就已经具备了一定的了解。

什么是断裂带

天然地震发生在断裂带上。断裂带可以说就是地震的家。那断裂带是怎么来的呢?我们知道,地球最外层是岩石圈,然而岩石圈并不是浑然一体的,而是“碎成”了七大板块,板块之间的边界就是大型的断裂带。在地幔对流和板块本身的重力作用等因素的驱动下,各板块一直处在相对运动之中。既然有相对运动,那板块边界上就必然免不了摩擦,这个摩擦的结果之一就是地震。这就是20世纪地球科学里最伟大的成就——板块构造理论——带来的基本认识。

简而言之,断裂带可以看成岩石圈里的能有相对位移的大裂隙。板块边界上有,那板块内部有没有呢?有的,类似板块的概念,地球科学家在板块内部发现了更为细分的块体,称之为地块。在地块边界上,也形成了各种类型的断裂带。相比板块边界的断裂带,板块内部断裂带的规模和相对滑动速率要小一些。但是,这并不代表板块内部的地震震级或者危害性就会比较小。长时间的应力积累(几百年甚至上千年),可以使板块内部也发生7级乃至8级以上的大地震。

我国的断裂带

断裂带:地震的“老巢”

图1. 我国的主要断裂带分布(张培震等,2013,中国科学-地球科学)

要了解地震灾害的分布规律,就必须弄清楚断裂带的分布。图1显示是我国主要断裂带的分布。在我国东部地区,最明显的是连绵超过2000公里的郯庐断裂带(北段称依兰-伊通断裂带),是东部地区最主要的地震威胁来源。国际上公认被成功预测的1975年海城地震即发生在郯庐断裂带上。在华北地区有一条与郯庐断裂带垂直的断裂带,称为张家口-渤海断裂,是1976年唐山大地震的罪魁祸首。

在图1中你可能已经注意到,我国西部地区令人眼花缭乱的众多断裂带大多存在青藏高原内部和周边。北部的阿尔金断裂和海原断裂(发生过1920年海原8级大地震)到南部的小江断裂和红河断裂,给西藏和青海以及周边的四川、云南、甘肃、新疆等省份带来了严重的地震灾害。为什么青藏高原和周边的地震活动会如此剧烈?主要源动力是来自印度洋板块对欧亚板块的挤压,一方面造成了青藏高原的隆起,一方面给青藏高原内部和周边地块带来了巨大的压力。当断层上的摩擦力承受不住压力的时候,就会发生错动,造成地震。

近期地震的断裂带

2021年以来,我国已经发生了7次6级或以上的地震(图2)。其中受到较多关注的有,2021年云南漾濞Mw 6.1地震(维西-乔后断裂附近),青海玛多Mw 7.3地震(昆仑山口-江错断裂)、门源Mw 6.7地震(冷龙岭断裂),2022年芦山Mw5.8地震(龙门山断裂)和泸定Mw 6.6地震(鲜水河断裂)。这些地震都是发生在青藏高原的内部和周边的不同断裂带上。在四川内部,就存在三条呈Y字形的主要断裂带,即沿着四川盆地西北缘的龙门山断裂,从青藏高原内部延伸到东南边的鲜水河断裂,以及向南的安宁河断裂。在龙门山断裂上曾经发生了2008年汶川大地震以及2013年芦山地震,而在最近广受大家关注的9月5日泸定地震,发生在鲜水河断裂的最南端(磨西段)。

断裂带:地震的“老巢”

图2 2021年以来我国主要地震和发生断层

断裂带的勘测、性质刻画和危险性评估一直以来是地震灾害研究的重中之重。地球科学家综合地震学、地质学、大地测量学、地球动力学等多种手段,对断裂带进行了长期的多角度多尺度的研究,在取得丰硕成果的同时也激发了各种新的科学问题。在摸清地震老巢的路上,地球科学家还在进行着坚持不懈的探索。

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