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《新京报·新知周刊》

 
 
 

日志

 
 

汶川,100秒的生与死  

2008-06-02 12:49:00|  分类: 视野 |  标签: |举报 |字号 订阅

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汶川,100秒的生与死

 

http://www.thebeijingnews.com 来源:新京报

 
 

2008年5月12日14点28分2秒,汶川特大地震爆发了。在随后的100秒内,西起康定,东至略阳,形成了一条长约500千米的破裂带,释放出约6.3×10(16次方)焦耳的能量。这相当于在破裂带上,将1000多颗投掷在广岛的原子弹,在100秒内陆续引爆!生命的脆弱和无助震撼人心。我们正视淋漓鲜血的同时,也不忘冷静地思考和探索:在震后100秒内,究竟发生了怎样的物理过程,这些过程对震区又有怎样的影响?

 

一般情况下,面波震级Ms=6级地震,震源破裂持续5-10秒。而对于这次汶川地震,面波震级Ms=8.0,震源破裂过程持续了100秒左右,主要能量释放集中在前70秒内。

 

序幕

龙门山下的弹药库
 
受印度板块的推挤,年轻的青藏高原向东隆起扩张,被古老坚实的四川盆地阻挡。在青藏高原的东缘,四川盆地的西部,两个板块角力的结果导致青藏高原逐渐将四川盆地压在身下,形成北起广元,南至天全,长约500千米,宽约30千米的龙门山构造带。龙门山构造带中有几条主干的断裂活动带(图3),它们是汶川地震的直接成因。

 

汶川,100秒的生与死 - 新知周刊 - 《新京报·新知周刊》

关于断层的形成,一般如此解释:两个板块的相对运动会在一个面内积聚起强大的应力,超过这个面附近介质强度时,开始沿这个面破裂,形成断层。之后,断层面两个块体继续运动,由于断层面上下盘之间存在强大的摩擦力,在这个面还会继续积累新的应力,直到新的应力超过摩擦力之后,就会触发沿断层面的进一步破裂。如此周而复始。

 

限于手头资料,虽无法考证龙门山断裂带的形成时间,但考察这条断层上的地震并不困难。根据历史地震目录,这条断层上的上一次的应力释放是在1657年4月21日,为一次震级6.2级的中强震。三个半世纪以来,青藏高原每年以数厘米的速率继续向东推挤,四川盆地仍然坚守不动,在两大块体交接的龙门山断层上,岩体间已积累了强大的应力,如同一个超级巨大的弹药库,只等一颗火星,它便轰然爆发。
 

0-15秒

点燃导火索 
 
5月12日14点28分2秒,距汶川县城58千米,距成都市75千米的映秀镇附近(东经103.27度,北纬31.08度),地下10千米左右的岩体终于不堪几百年来扭曲产生的重负,发生突然的断裂和错动,汶川特大地震的导火索被点燃!

 

2秒后,破裂激发的地震波到达地表,震中上方映秀镇的人们开始感觉突然地抬升,房屋开始摇晃,玻璃窗开始破裂。反应快的人们开始冲出房屋逃生,但能逃生的时间实在太短了。在他们感受到晃动之后不到1秒(震后3秒),破裂沿着断层冲出地面,大地开始剧烈摇晃,疯狂地撕扯所有的建筑。霎时间,房屋坍塌,山体抖落,砖块和滚滚巨石将无数生灵掩埋。这仅仅是大灾难的开始……

 

地下岩石的错动在周围岩体上积聚了强大的应力,导致了后续的破裂,并由此以每秒3千米左右的速度传播开来。由于种种原因,震中西南的岩体破裂程度较轻,但在震中东北的岩体却承受不住,一发不可阻挡地破裂开来。

 

震后15秒,随着地震波的传播,汶川县城、茂县县城、都江堰甚至成都开始有震感。而安县、江油、北川等地,地震波还未抵达,当地人仍过着和往常一样平静的生活……

 
 

15-45秒

破裂继续延伸
 
约25秒后,北川等地开始有感。此时破裂还未抵达,它们在震中东北遭遇阻挡,停滞了一会,甚至返回震中并企图向西南发展,但没能成功。经过一段时间来回倒腾,到震后45秒,形成长约120千米的破裂区域(图1)。几百年来当地板块运动积累的大部分能量在短短30秒时间内倾泻在这个区域,给这个区域附近的汶川、茂县、都江堰、绵竹造成严重破坏。

汶川,100秒的生与死 - 新知周刊 - 《新京报·新知周刊》

 

根据龙门山附近断裂的逆冲性质,断层错动以上盘为主,下盘为辅。也就是断层附近的地表运动,红线以西的地区将强于红线以东。所以汶川、茂县所受的地面运动强于都江堰和绵竹。根据断层错动量判断,最大错动基本都位于断裂出露地表的位置(红线)。映秀镇的位置靠近该破裂在地表的出露,受到严重毁坏。
 
 

45-70秒

北川!北川!
 
噩梦并未就此结束。有感之后不到20秒,破裂抵达北川,在县城地下又进行了一次集中释放,主要区域近100千米。这次事件直接导致惨剧在北川县上演。两个主要因素使得北川面临比极震区更强的破坏!

 

首先,地震波的多普勒效应(图2)使破裂一开始释放的能量,集中冲击位于破裂传播方向上的北川县。估算一下:北川位于震中东北150千米处,最先到达的纵波(P波)速度为每秒6千米,破裂速度为每秒3千米,发震后约25秒,地震波到达北川;发震后50秒,破裂前锋到达北川。也就是说,发震后50秒内产生的地震波,仅用25秒就在北川释放出来,能量密度为不考虑多普勒效应时的2倍!

 

其次,这次破裂的地表出露,几乎直接经过了北川县城;而破裂出露的区域,又正是破坏最为剧烈的区域。如果说汶川县的地震相当于在地下10千米处引爆了原子弹,那么北川县的地震,就相当于在北川居民的脚下,直接引爆了原子弹。

 

在这一时间段内,破裂还从起始点陆续地向西南方向扩展到了康定一带,不过释放的能量相对较小。
 
 

70-100秒

破裂过程基本终止

 

地震的破裂过程已成强弩之末,破裂向东北延伸至青川一带,虽然破裂较微弱,但由于多普勒效应,地震波依然在当地造成了很大破坏。地震发生后100秒左右,汶川主震的破裂过程基本终止。随后的几个小时内,地震波将贯穿全球。邻近区域重庆、昆明,将依次感受到纵波、横波和面波3次震动;较远地区如北京、上海将受面波的影响,也将发生明显的低频晃动。

 

通过对震后100秒岩体破裂过程的考察,可大致估计极震区地表的形变量,为救灾提供宝贵的参考意见。

 

防震减灾、抗震救灾,对于科技工作者来说,是责无旁贷的任务。如何将科学知识转化为防灾救灾力量,则是社会的系统工程,需要多方面的积累和合作。汶川地震,总结经验的同时,更多反思不足,才能真正向前进步。

 

以此文祭奠汶川地震中逝去的生命。

 

 

□张勇 刘超

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