汶川地震的成因:胶质陆块的断裂 - 知乎
汶川地震的成因:胶质陆块的断裂

汶川地震的成因:胶质陆块的断裂

当前地学认为,龙门山附近的地震是青藏高原板块对四川盆地及以东的扬子板块挤压形成的断裂带上能量的释放。这包括512汶川地震及420雅安地震。实际上,当前地学认知是建立在错误基础理论上的学说,在地学理论建立之前,我们对于物质结构、岩石及化石成因、时间及元素半衰期、星体形成及结构、热等事物的认知都存在很大的逻辑误区。之所以敢这么说,是因为我们当前文明建立起来的理论体系,在自然面前、在宏观地形特征面前,是如此的幼稚可笑、矛盾百出。正是因为如此,地学认知不可能正确和客观,对地震的认知也不例外(参见本文其他章节中的描述及论证)。

要想理解地震的成因,必须要理解陆块的性质及全球海陆演变的宏观逻辑。针对龙门山附近的地震,还必须要理解四川盆地的形成过程。

下图地形揭示了四川盆地的形成过程。发生在澳大利亚艾尔湖附近的星体撞击,导致了全球范围内的海陆重新分布,这是颠覆性的海陆演变认知(全球宏观地形演变逻辑是客观存在的,我只是这个重要事件的发现者)。其中的青藏高原当前形态的形成是印度陆块向东北侧挤压和顺时针折返的东南亚陆块交叠熔融形成,其中的青藏高原东侧(现在的四川盆地西侧陆块)、横断山脉及云贵高原陆块都是来源于亚洲东南侧远古陆块。其中的亚洲东南侧陆块在顺时针扭曲弯折过程中,前端和印度陆块东北侧发生碰撞胶结,共同向北运动,构成青藏高原周边的当前形态。

青藏高原东北侧的若尔盖附近熔融陆块物质在运动过程中堆积过高,最终导致了“若尔盖-汉中崩塌”(下图红色箭头所示为崩塌方向),撕裂原先东侧和湘赣交界处井冈山相接的川渝陆块,最终形成现在的四川盆地形态。当然陆块撕裂形成当前形态后,青藏高原东侧还存在一定程度的东移挤压,但是崩塌的主要地形痕迹信息得以保留。就整体而言,四川盆地的撕裂形成是一个短时行为,具体这个时间是数小时、数天不得而知,因为陆块表面的冷却固化不会需要那么长时间。



四川盆地撕裂形成后,陆块逐渐冷却,盆地中部的遂宁、南充、资阳等地的地表的粘性陆块物质从原来光滑的表面逐渐皱缩为蟾蜍皮样外观(即我们通常所见的四川盆地中部丘陵地貌)。而位于四川盆地西北缘的龙门山陆块,因地处青藏高原东缘,厚重的陆块冷却过程中,同时伴随着青藏高原向外围的挤压坍塌,表面冷却硬化的熔融陆块呈玻璃状脆性撕裂,形成现在可见的“锋利”山脊,但同时山体也非常宽大厚重。

因陆块的冷却是从地表向下逐渐进行的。我们可以将青藏高原陆块看做一个巨大的熔融胶体,陆块在运动过程中产生的热及高能辐射造成厚重陆块熔融后,随着陆块运动趋于静止,陆块内部的热及高能辐射也随即逐步趋于消失,而陆块表面由于有空气对流散热,陆块表面逐渐硬化形成岩石层,由于陆块成分、变性程度、受热程度、混合程度等的不同,形成不同类型的岩石,比如我们常见的玄武岩、花岗岩、蛇纹岩、白云岩、石灰岩、砂岩、石英岩等,都是在这一时期逐渐硬化形成。

陆块表面在硬化过程中,由于面积广大,局部的热胀冷缩会造成板结石化的陆块表面形成裂纹。如果此时还伴有底层岩浆的流动,会加重表面裂纹的扩大。凝固成岩石的陆块会对下层熔融炙热岩浆起到保温作用,会阻止下层熔融岩浆的迅速固化,就像湖中冰面对下层水体的保温一样。

如果陆块表面熔化不均匀或者陆块表面不平整,运动陆块在趋于静止后,表面散热也会不均匀,率先凝固成岩石的陆块趋于收缩,就会在先冷却的陆块周边形成裂纹。裂纹的扩大,又会导致下层炙热岩层的出露固化,固化后又会沿着先形成的裂纹处继续撕裂,这是一种恶性循环,直到裂纹的持续加深和山体稳定建立起热平衡。

这里还必须要理解粘性岩浆所具有的一个重要性质:粘性流体内张力。熔融岩浆是粘性极大的胶质液体,所有液体都有趋于球形的趋势。我们在对陆块粘性拉伸的时候,陆块的粘性内张力会导致陆块形成条索状纹路,当条索状熔融陆块逐渐冷却过程中,物质的热胀冷缩特性又会导致条索状陆块表面逐渐断裂分离。和前面描述的一样,断裂纹路会逐渐下切加深,形成条状山系山岭间的峡谷。在形成峡谷山体内部的熔岩由于受到山体表面的保温,还维持在熔融态,当粘性山体断裂后,内部的熔融态岩浆在内张力作用下趋于收缩,会导致条状山体沿长轴收缩形成串珠状山峰。就如我们在玻璃板上用扫把刷了一层面浆,时间长了,面浆会断裂收缩一样,比较明显的如湖南郴州附近的石灰质山体,重庆附近的条状山体(下图绿线所示)宏观上看,都是流畅的粘性拉伸条纹,可局部观察发现,都是由一个个细碎的独立山头排列形成。



下图是重庆万州附近条状山局部卫星视图,四川盆地撕裂过程中粘性拉伸形成条状山体,在冷却过程中呈现出竹节状收缩断裂(绿线所示,地形图中红线所示为宏观位置)。



前面描述了陆块的一些熔融胶质特性,下面分析地震的成因及分类。

1、陆块运动过程中的地震

河套以南、青藏高原东侧的所有陆地都来源于太平洋西侧的远古亚洲东南侧陆块,如此多的海量陆块的在洋底膜上运动里程达4000公里以上,陆块在运动过程中挤压隆起、撕裂、拉伸、坍塌、扭曲变形、熔融下陷等都会产生震动,这种震动幅度之大、范围之广是难以想象的。客观地说,全球海陆重新分布的过程中陆块表面的起伏变化,是不能用当前我们所认知的地震的震级、烈度等常规指标来衡量的,因为完全不是一个数量级。

其中值得关注以下三点:①亚洲东南侧陆块在扭曲弯折形成当前形态过程中,经历过几次的停滞、冷却、再启动过程,其中太平洋西侧的关岛、马里亚纳海沟、帕劳群岛等区域的熔融陆块粘性坍塌痕迹特征是陆块在向西南扭曲过程中停滞形成。②亚洲东南侧陆块在扭曲弯折过程中,位于弯折外侧的陆块出现不同程度的拉伸撕裂,如日本、朝鲜半岛、渤海湾、台湾岛、海南岛等处;位于弯折内侧的陆块出现不同程度的挤压撕裂,比较显著的特征如庐山弯折、皖南陆块撕脱、罗霄山-井冈山挤压隆起、川渝陆块从井冈山西侧撕脱等局部事件;③四川盆地撕裂形成后,青藏高原陆块有缓慢的向东的挤压移位,我们在中国中部及东南沿海的许多地形中都能发现这种移位挤压的痕迹特征,这种挤压是缓慢的,是发生在陆块表面趋于冷却硬化后,这种缓慢的挤压移位对我们当前地震成因可能还在产生重要影响。

2、陆块冷却过程中的断裂地震

陆块在冷却过程中,因陆块内部熔融岩浆内张力及陆块的热胀冷缩特性会导致陆块开裂及内部应力增加,当陆块冷却到一定程度时,会导致厚重陆块间发生断裂,这种断裂会伴发震动及震动的传递,此种陆块冷却过程中断裂形成的震动,是当前龙门山地震带地震的主要形态。

理解了四川盆地的形成过程及龙门山附近的宏观痕迹特征后,我们会发现,龙门山地震带和唐山、日本等地的地震是不同的。唐山地震是刚性陆块挤压隆起断裂形成的地震,日本外海的地震是刚性陆块坍塌断裂形成的地震(详见本文其他章节中的局部地形特征分析)。

而若尔盖汉中崩塌形成四川盆地的过程中,青藏高原东侧熔融陆块物质向东南坍塌,同时伴有“东北-西南”向粘性拉伸后形成的纺锤形陆块。

我们将较为坚硬的龙门山陆块想象成一个巨大的木板,而木板的两头各用数十根橡皮筋系着水平拉伸到一定长度并用钉子加以固定,这时木板会保持稳定且水平。当某种外力(如冷冻、剪切、火烧、溶解等)造成两侧的一到数根橡皮筋断裂后,木板就会震动,并且此震动会维持一段时间后才能让木板继续保持稳定静止。两侧橡皮筋最初断裂发生后,剩下的橡皮筋将会承受更多的木板重量,当经过一定时间的牵拉,超过部分橡皮筋的受力限度后,这些橡皮筋又会自发随机断裂,造成木板的再次震动,直到橡皮筋完全断裂才能说震动不会再发生(请读者通过上文理解主震和余震的形成机制)。

龙门山的地震发生机制和上述张紧橡皮筋断裂后引起的木板震动机理类似。因龙门山陆块地处“若尔盖-汉中”崩塌产生的粘性拉伸条纹的尾端,西南侧又有横断山脉的厚重山体做靠山,前端虽有江油到汉中一线的近400公里的陆块坍塌前冲熔融,但对尾端的龙门山陆块的粘性拉伸挤压却较弱,只是从宏观上可见的龙门山陆块被夹压成破损成“东北-西南”向的纺锤形。我们可以想象,龙门山陆块就是前文所述的那个大木板,而崩塌前端的汉中附近、尾端的厚重的四姑娘山就是固定两头橡皮筋的钉子。当四川盆地受“若尔盖-汉中”崩塌撕裂成形后,陆块逐渐冷却,崩塌拉伸形成的陆块粘性条纹逐渐沿着拉伸长轴方向逐渐收缩,会导致陆块内部局部应力增加,当这种应力增加到一定程度时,就会造成固化的厚达数千米的表面岩层发生脆性撕裂,就会形成如512汶川地震一样规模的地震,甚至更大。

下图是中国地震局绘制的汶川地震烈度分布图。图中可见,汶川地震发生时,存在两个震中位置,汶川映秀镇和北川县城。汶川地震的震中烈度高达11度,以映秀镇和北川县城两个中心呈长条状分布。



我们将震中的映秀镇和北川县县城放到缩小的地形图中(见下图绿圈所示位置,下方为映秀镇、上方为北川县城),会发现映秀镇和北川县县城恰好处在龙门山这一纺锤形陆块的两个端点上,并且两地连线和龙门山陆块的长轴及“若尔盖-汉中”崩塌形成的粘性拉伸方向(红线所示)重合。



我们在重庆周边及印度密索蓝省附近(二者条状山系形成机制类似)的陆块拉伸山系中发现,粘性冷却过程中会逐渐沿着长轴方向呈竹节状收缩断裂。断裂收缩必然也会发生地震,竹节状断裂峡谷纹路说明陆块熔融粘性拉伸形成的长条山系在冷却过程中是一直不稳定的,只是当前这些长条山系山体内部已经冷却固化,地表才逐渐趋于稳定。所以我们在上述区域很少能观测到大的地震。

而广元到江油一线的“东北-西南”向条状山系和重庆附近的条状山系形成机制类似,是“若尔盖-汉中”崩塌过程中陆块熔融粘性拉伸形成,我们现在在广元到江油一线山系中,能看到很多大的深切断裂(见下图蓝色箭头所示位置)。说明当时此地地震在“若尔盖-汉中”崩塌形成之初,会频繁发生。



陆块在拉伸成形后,逐渐趋于静止冷却。陆块刚开始散热较快。当表面形成固态岩壳后,由于有岩壳的保温,山体散热速度逐步下降。和重庆附近的条状山系比较,广元到江油一线的条状山系要厚重许多(这与其崩塌形成机制相关)。因山体厚重,山体内部要完全散热固化相较重庆附近条状山体而言更为缓慢。更特殊的是,广元到江油一线山体背靠的是青藏高原这一巨大的熔岩体,导致广元到江油一线山体内部固化更为不易。直到现在为止,在绵阳、有温泉之乡的广元等地,通过对绵阳桑枣镇罗浮山温泉(地下2000米井温泉)、广元天赐温泉、大河坝地热、走马岭温泉、川北温泉、昭化地热、鹿亭溪温泉等地热资源(温泉、地热的成因主要是陆块运动过程中轻铁元素的融合所产生的热量残留,参见文章其他章节描述)所处的宏观地理位置分析判断,此区域山体内部直到现在还没有完全冷却。

现在我们知道:

① 北川县城东北的条状山体广泛存在地热,说明山体内部还没有完全冷却;

② 广元到江油一线的条状山体是“若尔盖-汉中”崩塌形成;

③ 条状山体冷却过程中会发生竹节状断裂;

④ 汶川地震发生时,所观测到的地震和“若尔盖-汉中”崩塌拉伸形成的广元到江油一线条状山体长轴方向一致的;

⑤ 汶川地震最剧烈的两个点是北川县城和映秀镇,恰好是龙门山陆块的两个端点。

⑥ 龙门山是一个粘性陆块拉伸后形成的纺锤形厚重刚性陆块。从表面裂纹判断,稳定性较北侧广元到江油一线条状山系为高;

⑦ 龙门山陆块的清晰边界说明陆块内部熔融岩浆存在收缩内张力;

⑧ 雅安地处映秀镇西南,420雅安地震的发生比512汶川地震发生的时间要晚。

现在还有三个可以观测的关键数据不是很明确:一是龙门山陆块附近的山峰和汉中以北秦岭附近山峰在地震前后的精确位移数值;二是汶川地震发生时北川县城和映秀镇发生地震的先后时序;三是地震前后北川县城和映秀镇附近陆块的精确海拔高度变化。这几个数据都没有查到,按照我的推测,应该是北川先震、映秀镇后震,地震发生后,龙门山陆块附近的山峰和汉中以北秦岭附近山峰存在明显背离位移。北川县城附近的陆块在地震发生后的海拔高度有一定程度的下降,而映秀镇的海拔高度有一定程度的上升。

如果以上几点能得到印证,则汶川地震的形成机制就非常明确。

仅通过上述8点关联因素可以推测,汶川地震是“若尔盖-汉中”崩塌后长时间缓慢陆块冷却过程中,陆块热胀冷缩产生的内应力增加导致的陆块断裂。断裂的发生点在北川县城附近,断裂发生后,因龙门山陆块是一个相对刚性岩体,震动向西南传递,所以在北川县城和映秀镇附近造成非常严重的地震灾害。其中北川县城附近是陆块拉伸断裂地震,而映秀镇附近是挤压错断型地震。地震的发生时序上是北川先震、映秀镇后震,映秀镇的地震是龙门山陆块的刚性传导所致。

雅安地震是受汶川地震影响的传导型地震。我们将龙门山陆块想象成上坡路上的一个拖车,广元到江油一线条状山体是拉动拖车的钢索,这个钢索由于使用年限久远,在北川附近断了,北川附近发生了剧烈弹性震动。龙门山这个拖车由于没有钢索牵拉,快速后退,又和后面的陆块发生碰撞,碰撞点发生弹性震动,这就是映秀地震。映秀地震发生后,又对后方西南山体发生挤压,最终引发雅安地震。雅安地震和我们在公路上连环撞车的机制类似。

因为当前学术对于宏观陆块演变及地震成因没有明确的认知,所以在对地震的预测也仅仅限于经验推测。如果理解汶川地震的发生机制后,通过对雅安附近山体中的陆块性质、应力监测及形变分析,雅安地震是可以被预测的,至少可以估算出大致范围及时间。

我们当前认知的汶川地震是青藏高原陆块东移挤压扬子板块的形成机制有待商榷,

以上地震之间的关联关系,能很好切合本文的推测,具体细节请大家参照地形图和本文其他章节的描述进行对比分析。

发布于 2021-06-15 14:01

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