河北地震及郯庐、龙门山断裂带 龙门山断裂

从上世纪七十年代,河北高发地震之后,北京周边地区房屋建设并不快,但是河北京津唐地区的地震风险仍然很大。京津唐地区楼层高度在近些年来也正在迅速增加,但是楼层高度的增加仍然和这里的强地震灾害可能产生持续的矛盾,不可忽视。也就是说,高地质灾害(地震)地区,楼层不应太高。河北当地民居的坚固程度很高,抗震性能还不错。唯一就是屋顶的水泥很厚,容易垮塌无处躲。但是如果房地产近一步的发展,将会有很严重的地震危险程度。防震,就要房屋低层化,小型化。

郯庐断裂带附近的沂水、临沂、潍坊等地也在大地震断裂带上。如果考虑辽东半岛到烟台附近的跨海大桥,也必须考虑大桥所在之处正好也是断裂带上。

一、河北地震带

2012年5月28日10时22分河北地震了,北京、天津、承德、秦皇岛、廊坊、辽宁省葫芦岛、盘锦、锦州等地区(特别是住楼房高层的人)有感。震中位于在河北省唐山市市辖区、滦县交界(北纬39.7度,东经118.5度)发生4.8级地震,震源深度8公里。震中位于唐山市区东北47公里,据北京204公里,天津145公里。5月29日凌晨5时00分41秒,在河北唐山市辖区、滦县交界处又发生3.2级地震,震源深度6公里。以后,如何演化,我们拭目以待。现有的震源机制分析表明,地震发生在北东-南西走向(202°)、向西北方向倾斜(倾角58°)的右旋走滑兼具少许正断的断裂(202, 58)上,与1976年7.8级地震的性质几乎相同,我推测是老凶手重新作案,那条造成1976年唐山地震的断裂在其东北方向重新活动!所以,这次地震不宜称之为唐山地震的余震。另北京时间28日1时2分17秒,河北省秦皇岛市昌黎县(北纬39.5,东经119.3) 亦发生3.2级地震,震源深度10公里。



1976年唐山大地震过后两个多小时,国家地震局因地震仪记录出格等原因,竟然不知震中在哪,不得不派地震地质和地球物理研究人员兵分4路朝着东南西北四个方向在200千米的范围内寻找极震区。最早报出唐山是震中的不是国家地震局,而是邮电局,因为邮电局在与各地联络过程中发现唯独唐山市的电话打不通(钱钢, 2008)。

5.28地震位于华北地块上。华北地块是一个活化的地块,它的活化对中国影响很大。



如上图所示,受印度板块与太平洋板块的联合作用,华北地块正在发生东移,其西北边界是阿尔金左旋走滑断裂、祁连山推覆断裂和左旋斜冲的海原断裂。阿尔金断裂的左旋走滑速率9-10 毫米/年,横跨祁连山推覆断裂带地壳的缩短速率是7-10 毫米/年, 海原断裂的左旋走滑速率约为7.5 毫米/年。遇到坚硬的额尔多斯地块, 逃逸构造只好绕着走,应变的强烈不协调造成在额尔多斯地块东西两侧皆形成拉分盆地,西侧是银川盆地,东侧是山西地堑。然后在山西地堑的北端连结上京津唐张(北京、天津、唐山、张家口)地区的近东西断裂,最后向东潜入渤海。历史上华北地块的边界断裂上发生过许多特大地震,例如,1920年12月16日晚8时06分发生的8.5级海原大地震,地震发生时,宁夏海原黄土高原六盘山山区剧烈晃动,鸣声如雷,山头滑落河谷。仅仅几分钟,极震区两万多平方千米内山崩地裂,房屋倒塌,惨象寰生。地震波环绕地球七圈,强烈的震动持续近20分钟。当时全球96个地震台全部记录到了这次大地震。“海原地震释放出的能量,相当于投放了2.2亿吨TNT炸药或11.2个唐山大地震”。公元1556年1月23日发生的陕西华县8.0级大地震也在这条断裂带上,这次地震死亡人口达83万之多,为古今中外地震历史的罕见。这条断裂带使北京及其周围地区在近一千年来曾遭受过 9 次 6 级以上破坏性地震的袭击。

张家口-渤海断裂带的活动构造影响京津唐张及周边地区的安全,它西起山西裂谷的北端,往东经五台山,然后经过河北省尚义和张北、北京市的官厅水库、顺义、三河,最后在唐山与天津之间进入渤海,全长约1000千米。这条断裂带是阿尔金左行走滑断裂带跳越鄂尔多斯地块之后向东在华北平原上新的延伸和继续,预计500-1000万年之后,阿尔金断裂带将从其与祁连山交界处向北东东方向扩展,从而直线连上张家口-渤海断裂带。目前张家口-渤海断裂带成熟度尚低,断裂分散,应变尚未高度集中。断裂带内次级断裂连续性差,多呈羽列状分布、断断续续、倾向不一、时陡时缓、急转弯和叠断障碍体非常普遍,应力容易集中形成地震。所以,华北断裂带历史上发生过多次大地震。



京津唐张(北京、天津、唐山、张家口)是中国遭受地震灾害最为严重的地区之一。1949年中国人民共和国成立以来,先后发生6级以上地震12次,比较严重的有1966年的邢台地震、1967年的河间地震、1976年的唐山地震和1998年的张北地震,都造成了重大的人员伤亡和经济损失,其中邢台地震造成8000多人死亡,唐山地震造成24万人死亡,16万人受重伤,百年城市毁于一旦,举世震惊。

地质学家统计分析了河北省和北京、天津两市地震震源机制,发现该地区造成地震的构造应力场基本一致: S1呈北东东 (约68o) 向近水平,S2近垂直,S3呈北北西向近水平。地质和GPS资料皆显示,张家口-渤海断裂带的总体性质是左旋走滑兼具正断。然而,华北断裂带内各个次级断层的性质随其定向不同而有所不同。例如,1976年7月28日唐山7.8级主震 (39.6oN,118.1oE) 发生在一条北东向、约140千米长的隐伏右旋走滑断层上,震源机制显示,断层面直立、走向30o,S1 (255,00) ,S2 (030,90) ,S3 (165,00)。由于唐山地区第四纪松散沉积层较厚 (50-800 米) ,地表上能看到的同震破裂带仅约8 千米长,30 米宽,大部分同震破裂带隐蔽在第四纪松散沉积物之下。地表观测到的最大右旋位移量1.53米,垂直位移量0.7 米,这些正断性质的垂直位移是浅表现象,可能并不代表地下基岩的运动。前人的研究表明,地下基岩的斜滑运动到了地表沉积层常解耦成倾滑型和走滑型两种不同的应变。 主震之后的三年内余震都发生在这个北东向总长140 千米的带内。自2004年12月24日印尼8.9级巨震之后,唐山地区正断层性质的地震活动明显增多,可能说明大陆逃逸被印尼巨震拉开新一轮加速前进的序幕。当年唐山灾后原地重建,没有另选新址, 新唐山仍然处与地震活动断裂带上,这无疑为今后的城市安全发展及防震减灾留下一定的隐患。

华北断裂带使北京及其周围地区在近1000年来曾遭受过 9 次 6 级以上破坏性地震的袭击,它们分别是:1057 年北京南郊 6.8级地震,1337 年怀来 6.5级地震,1484 年居庸关 6.8 级地震,1536 年通县南 6.0 级地 震,1658 年涞水 6.0 级地震,1665 年通县西 6.5 级地震,1679 年七月二十八日三河-平谷8.0 级地震(见我先前博文“地震与皇帝的罪己诏”),1720 年沙城6.8 级地震和 1730 年北京西郊6.5 级地震等。三河-平谷地震发生在北东向新夏垫断层,地表破裂带仅约10 千米,垂直滑移量3.12米,平均复发周期6500年。

河北近200年来发生过地震有: 1805年河北昌黎地震,1830年河北磁县地震,1934年河北抚宁地震,1954年衡水地震, 1966年邢台地震, 1976年唐山地震,1998年河北尚义地震, 2006年河北文安地震。

对北京构成威胁的还有几条活动断裂,如八宝山断裂、黄庄-高丽营断裂、顺义-良乡断裂。北京是共和国的首都,人口两千万,党政军重要部门和重要人物都在北京,各国使领馆亦在北京。地震最可怕的是它往往在你毫无准备的时候给你致命一击。这就是为什么北京是目前中国地震界设防的核心区域的原因。目前在首都圈15万平方千米的范围内,中国地震局布置了非常密集的地震台站,共布设了107个数字地震台站、120个强震动观测台、200多台套地震前兆观测设备。

1975年2月4日7.3级辽宁海城地震发生在一条NWW向隐状左旋走滑逆断层 (析木河断裂) 上,震源机制显示,断层面走向108o,向南西倾86o,S1 (063,08) ,S2 (302,74) ,S3 (154, 14)。在这些北东向郯庐断裂通过的附近地区,产生地震的断层不是北东向的右旋走滑断层,而是北西西向略具逆冲分量的左旋走滑断层,说明析木河断裂应该是张家口-渤海断裂带在辽南的分枝断裂,此外也佐证即使在中国沿海地带印度-欧亚大陆碰撞挤压造成的大陆逃逸构造运动仍然起主导作用。

二、郯庐断裂带,危险性激增。

该断裂带经历了多期构造。它不仅是一条“长寿”的以剪切运动为主的深断裂带,而且是一条近期仍继承着新构造运动方式,以右旋逆推为主的活断裂带,同时也是一条具有明显分段、活动程度不等的地震活动带。至上世纪六十年代以前,许多研究者带着不同任务和目的,局限于对断裂带的某些地段进行考察和勘探。结果在不同地段断裂带命名了一些地方性的名称,诸如在黑龙江吉林省境内称为依兰——伊通深断裂,在辽宁省称为开源——营口——潍坊深断裂(又称辽东滨海断裂),在苏皖境内名为安江山断裂(或称皖苏鲁断裂),以及1959年命名的郯城——庐江深断裂(狭义)等名称繁多。实际上,目前普遍引用的郯庐断裂(广义),就是上述各地段断裂带串联起来的总称。

郯庐断裂并不仅存于郯城与庐江之间,向南到湖北省长江北岸的武穴,向北北东方向经安徽省的宿松、潜山、庐江、嘉山,江苏省的泗洪、宿迁,山东省郯城、沂水、潍坊,进渤海,然后过辽东半岛,穿过东北三省去了俄罗斯。在中国境内长达2400 千米,宽几十至200千米,总体走向北东10-20度。现今的郯庐断裂水平滑移速率约为2.3 毫米/年。





郯庐断裂带

自古至今,郯庐断裂带及其附近两侧,大大小小的地震活动从未间断过,说明它是处于活动状态的断裂,是一条地震活动带。三百多年前,即1668年7月28日,山东郯城发生8.5级大地震,波及大半个中国,是我国东部千年罕遇的一次特大地震事件。三百多年后的1969年7月15日,渤海中部再次发生7.4级地震,紧接着,1975年2月24日,又在辽宁海城发生7.3级地震。引人注目的是,这三次大地震以及公元前70年6月1日,山东诸城一带的7.3级地震和1957年10月6日渤海中部的7.5级地震,它们的震中位置都无一例外地落在郯庐断裂带上或其附近。就小地震而言,该带及其附近,亦时有发生。这就提示了郯庐断裂带是一条现今仍在继续活动的活动断裂,这些大大小小的地震活动,是郯庐断裂带一次次间歇性活动的结果。

据统计研究,自公元1400年以来,以郯庐断裂为中心200公里范围内共发生M8.5级地震1次,M7.0-7.9级地震5次,M6-6.9级地震11次。其中中段(沈阳-宿迁段)就发生8.5级地震1次,M7.0-7.9级地震7次。

历史最大地震8.5级的郯城地震裂谷

北段

(肇兴—沈阳):它发育于吉黑断拗,由两条走向30-40。东的主断袭组成,宽5-20公里,为一中、新生代地堑型断裂带,带内充填4000-5000米厚的火山岩、火山碎屑岩夹煤系地层。基底刚度较软,结构也较简单,有史记载只发生过5.8级地震。

中段

(沈阳—宿迁):呈北北东向穿切由太古代结晶基底组成的华北断块区,主要由四条大致平行的主断裂组成,这四条主断裂在鲁中沂、沭河谷地构成了20-40公里的“两堑夹一垒”的构造,称为沂沭深断裂带。这一段是结构复杂、新活动强、基底介质刚度较高的地区。6级以上强震主要集中在郯庐断裂带中段。其主要地震有1668年7月25日8.5级徼莒县—郯城地震,1888年6月13日日渤海湾7.5级地震,1975年2月4日海城7.3级地震,1969年7月18日渤海7.4级地震。研究表明,郯庐断裂带处在强烈挤压并兼有右旋扭动的断裂段。由于它遭受的正应力大,剪切应力也大,易于积累大地震的能量,而难于以中、小地震的形式来释放,故该段地震强度大,频度低。

南段

(宿迁—广济):依次发育在扬子断块与华北淮阳断褶的交界处,其介质相对较软,结构比较简单,构造应力量级不高,地震活动强度也不大,其地震活动水平较北段略高一些。

郯庐断裂与苏、鲁交界交汇部位,自1990年以来一直被国家地震局列为地震危险重点监视区,1995年9月20日山东苍山发生M35.2级地震,2003年6月山东青岛又发生MC4.3级小震群活动,该地区的地震活动值得我们注视和研究。
河北地震及郯庐、龙门山断裂带 龙门山断裂

带内与周边矿产资源

郯庐断裂带内,矿产资源丰富,种类繁多。有内生矿和外生矿,有金属矿和非金属矿,有沉积、变质热液矿产约几十种之多。这些矿产都受控于构造地层,岩性和岩浆活动等条件。如辽宁鞍山铁矿、岫岩县岫岩玉石、辽东金刚石矿、山东招远大型富金矿、山东蒙阴金刚石原生矿、山东昌乐蓝晶石,江苏东海水晶、云母、红宝石、金红石、蛇纹石矿等。

另外,在我国大别山—胶南地区,是全世界发现4个含柯石英的高压变质带中规模最大、最完善、出露最好的变质带。柯石英是来自地球深处的信使,是地壳运动留下的记录,用它可研究超高压变质作用和板块碰撞作用,分析推测地球深部物质的运动,描述沧海桑田变化规律。这些深变质和热液型的高压矿物岩石和矿产,都是郯庐断裂带超高压变质带的典型标志和亚洲科钻第一井定位在东海县的科学依据。

第三纪以来的浅部挤压活动与深部过程

郯庐断裂带晚第三纪以来持续遭受着挤压,使前期大规模的断陷盆地抬升、消亡,近代还是中国东部最大的地震活动带.断裂带所遭受的近WE向的挤压,是西太平洋弧后扩张和印度板块向北碰撞中的构造挤出作用产生的区域动力.断裂带在新生代挤压活动中切入上地幔,出现了地幔剪切、地幔交代、部分熔融等深部过程,最终形成了挤压背景下的陆内断裂带大规模的玄武岩喷发.

三、龙门山断裂带

龙门山断裂带,确切的说是四川龙门山断裂带。四川龙门山断裂自东北向西南沿着四川盆地的边缘分布,沿断裂带青藏高原推覆在四川盆地之上。这是一条特别要命的裂缝。它绵延长约500公里,宽达70公里,规模巨大,沿着四川盆地西北缘底部切过,位置十分特殊,地壳厚度在此陡然变化,在其以西为60-70km,以东则在50km以下。它的东部仅100公里外就是人口密集、工业发达的成都平原地区和大城市群。

在一亿年前开始的喜马拉雅造山运动过程中,印度洋板块向北运动,挤压欧亚板块、造成青藏高原的隆升。高原在隆升的同时,也同时向东运动,挤压四川盆地。四川盆地是一个相对稳定的地块。虽然龙门山主体看上去构造活动性不强,但是可能是处在应力的蓄积过程中,蓄积到了一定程度,地壳就会破裂,从而发生地震。

龙门山断裂带属地震多发区内的活动断层,来自青藏高原深部的物质向东流动到四川盆地受阻,向上运动,两者边界即为断层面。如果断裂每年运动数厘米,每隔50米至70米,积聚的应力和能量就能产生一次里氏7级以上的大地震。

龙门山断裂带是由3条大断裂构成,自西向东分别是: 龙门山后山大断裂  汶川 -- 茂县 -- 平武 -- 青川;龙门山主中央大断裂 映秀 -- 北川 -- 关庄,属于逆—走滑断裂。 龙门山主山前边界大断裂都江堰 --汉旺 -- 安县,属于逆冲断裂。

公元2008年5月12日的汶川大地震,受灾严重的绵阳市北川县坐落在龙门山主中央断裂上,它就属于逆—走滑断裂。同样受灾的都江堰市落在龙门山主边界断裂上,属于逆冲断裂。 四川省的地震主要集中在8个地震带(区)上:鲜水河地震带、安宁河—则木河地震带、理塘地震带、金沙江地震带、龙门山地震带、松潘地震带、名山—马边— 昭通地 龙门山断裂带与汶川8级特大地震

震带、木里—盐源地震区。据四川省地震局相关人士介绍,成都不属于任何地震带和地震区,成都本身基本上不会发生地震。而成都地区每年都有地震,主要集中在龙泉、金堂等地方。因为龙泉山脉是地壳积压形成的,所以每年有地壳运动时候都会有轻微的地震。但是因为龙泉山脉属于一个小型山脉,因此地壳运动不大,每年的地震幅度都在3级及其以下,在震中附近会感觉到稍微摇晃了一下,所以一般也不会被人察觉。 龙门山断裂带是四川强烈地震带之一

历史上,它并不安分,有过多期活动。自公元1169年以来,共发生破坏性地震25次,其中里氏6级以上地震20次。1657年4月21日,爆发有记录以来最大的6.2级地震。据地震学者考证,此后300多年间,这条断裂带再未发生过超过6级的强震。 汶川地震

公元2008年5月12日14时28分,它突然发作,大地撼动,震级8.0级,这就是震惊世界的四川汶川地震。 地震的原因

由于印度板块向亚洲板块俯冲,造成青藏高原快速隆升。高原物质向东缓慢流动,在高原东缘沿龙门山构造带向东挤压,遇到四川盆地之下刚性地块的顽强阻挡,造成构造应力能量的长期积累,最终在龙门山北川——映秀地区突然释放,发生里氏8.0级地震。

5月12日下午3时许,北京地质力学研究所办公楼。长期从事地应力监测研究的彭华研究员在获悉四川发生地震时,立刻冲向楼下的地应力监测实验室。打开服务器,彭华屏住了呼吸。几乎在当天下午地震发生的同时,电脑屏幕上的地应力监测曲线发生突跳。连续多日保持在164万个应变单位附近的固体潮曲线,突然在地震发生时在1分零8秒大幅探底至50万个应变单位,又在12秒内瞬间又升至167万个应变单位,此后经过四五个小时,曲线才趋于恢复正常。

中科院地质与地球物理研究所研究员、青藏高原研究专家王二七对汶川地区地质构造比较熟悉,5月上旬刚去过汶川地区。他分析说,汶川地震发生在青藏高原的东南边缘、川西龙门山的中心,位于汶川—茂汶大断裂带上。在一亿年前开始的喜马拉雅造山运动过程中,印度洋板块向北运动,挤压欧亚板块、造成青藏高原的隆升。高原在隆升的同时,也同时向东运动,挤压四川盆地。四川盆地是一个相对稳定的地块。虽然龙门山主体看上去构造活动性不强,但是可能是处在应力的蓄积过程中,蓄积到了一定程度,地壳就会破裂,从而发生地震。 汶川地震位于龙门山断裂带

日本东京大学地震研究所说,这次地震位于龙门山断裂带,过去几百年里这一断裂带附近多次发生里氏7级以上大地震,但是龙门山主体并没有强烈的活动,直到这次地震的发生。断裂自东 龙门山断裂带地区

北向西南沿着四川盆地的边缘分布,长300公里至400 公里,宽约60公里,沿断裂带青藏高原推覆在四川盆地之上。

5月12日14时28分龙门山断裂带地壳破裂后,在短短数分钟内,地震波迅速扩散开来,宁夏、青海、甘肃、河南、山西、陕西、山东、云南、湖南、湖北、重庆、北京、上海等国内多个省市的人们震感明显,这股强大的能量甚至波及泰国、越南。

汶川地震为何能量如此之大?美国南加州地震研究中心教授郦永刚认为,龙门山断裂带属地震多发区内的活动断层,来自青藏高原深部的物质向东流动到四川盆地受阻,向上运动,两者边界即为断层面。如果断裂每年运动数厘米,每隔50米至70米,积聚的应力和能量就能产生一次里氏7级以上的大地震。由于震源较浅,而且震源机制为向东的逆冲运动,加上震区土质松软,地震波向东能传播很长距离,使得远至上海和北京等城市的人都普遍有震感。

地震可按照震源深度分为浅源地震、中源地震和深源地震。浅源地震大多发生在地表以下30公里深度以上的范围内,而深源地震最深的可以达到650公里左右。其中,浅源地震的发震频率高,占地震总数的70%以上,所释放的地震能占总释放能量的85%,是地震灾害的主要制造者,对人类影响最大,因此汶川地震灾情严重。

此次汶川地震,成都距离震中约92公里,北川县距震中约140公里,绵阳距震中约145公里,但所受损失却大不相同,这是什么原因造成的呢? 地震对于地面的损害主要由烈度决定

此次汶川地震等烈度线(编者注:等烈度线是地震时地面上相同烈度点的连线)大体上呈现45度角的分布,大量的能量沿着地震带进行传导,犹如墙上的裂缝被撕开一般,总是沿着开裂的方向传递能量的。而茂县、北川正好处于这一区域,使得汶川—茂县—北川一线遭受惨重损失。

中国科技大学地球和空间科学学院的倪四道教授认为,此次地震有个明显的特点,它从汶川县开始,然后地震并不是在一个点上,而是向东北方向破裂,传播了将近200公里。所以,朝着东北方向的人感受到地震波的强度更大,而西南方向要弱一点。打个比方,假设西北方向一个城市和汶川的距离是1000公里,而东北方向另一个城市也是1000公里,那么东北方向这个城市市民的感受就肯定要比西北方向的城市市民强。这是因为地震波有方向性,即破裂方向。在破裂方向上,地震波会加强。破裂方向是相当重要的。破裂方向上的破坏性大一些,背离破裂方向的破坏性就小一些。

破裂长度是多少,是另一个非常重要的数字。汶川县是震中,受到的破坏很强烈,但是不止这一个地方。这个地震发生有一个长带。汶川是地震长带开始的部分,重要的是要知道它结束在哪个地方。我们现在发现地震长带结束于汶川县东北方向青川县东河口。那么在这个长带的200公里长、几十公里宽的位置内,破坏是非常严重的。所以只要知道了这个地震长带有多长多宽,救援的人员就不会光往震中的地方跑,救助才更为有效。

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