“4·20”芦山地震的构造破裂与发震断层

李渝生，王运生，裴向军，罗永红

（地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室（成都理工大学），成都610059）

2013年4月20日8时2分，四川省雅安市芦山县发生7.0级强烈地震（简称“4·20”芦山地震）。据国家地震局确定，震级 M＝7.0，震源深度13km，震源破裂持续时间约30s。地震发生后仅1h，地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室的第一批应急调研专家即奔赴地震灾区，当日午后抵达芦山县并随即开展现场调查与研究工作。本专题组调查研究的重点是地震断裂与震中区地震地质灾害等方面问题。根据我们掌握的现场实测资料与数据，对此次强烈地震的动力学特征问题进行分析与探讨。

1 地震活动与地震破裂特征

1.1 主震及较强余震的分布特征

国家地震部门确定的震中坐标信息（表1）显示，M＝7.0级主震及反映地震能量释放的M≥4.0级较强余震活动（2013年4月20～23日），集中分布在以太平镇－双石镇－大溪乡一线为中心的长约43km、宽约19km的NE向地带（图1）。

1.2 地表构造破裂特征

现场实测调研成果表明，与上述强余震分布情况相吻合的是，地表构造破裂基本上仍沿太平镇－双石镇－大溪乡一线展布。地表构造错动形式主要表现为压性逆推错动兼有较小幅度的右旋走向位错。

在双石镇清楚见到构造破裂错断沿路面混凝土伸缩缝（N30°E）发育，其垂向断距0.125m、右旋错距0.025m、水平压缩约0.35m（图2、图3）。

此外，在宝盛乡、双石镇及大溪乡等处，亦发现地表右旋走向错动形成的剪切破裂（图4、图5）。

2 分析与讨论

2.1 地震断层

上述现场调查情况清楚地显示，地震造成的构造破裂主要沿NE走向的大川－双石断裂[1]分布（图6）。

地震断层的破裂段主要以双石镇为中心，向NE太平镇及SW大溪乡方向扩展，延伸长度约为35～40km。即触发“4·20”芦山地震的断层为NE走向的大川－双石断裂，震源断层错动的基本性质为压性上冲兼小幅度右旋走向滑动（图2～图5、图7）。

表1 “4·20”芦山地震主震及余震（M≥4.0）目录Table1 List of the main shock and aftershocks of the Lushan earthquake

图2 双石镇路面垂向（右图）及右旋（左图）错断Fig.2 The vertical（right）and dextral（left）dislocations on the Shuangshi road

图3 地面水平压缩导致桥面拱曲变形（双石镇）Fig.3 Arch bend of the bridge floor（Shuangshi）caused by the horizontal compression of ground

图4 双石镇政府地面的右旋错动Fig.4 The dextral dislocation of the ground of the Shuangshi town government office building

图5 大溪乡罗家村一组地面的右旋错裂Fig.5 Dextral crack of the ground of Luojia No.1group of Daxi township

2.2 地震断裂的滑动距离

上述地震构造破裂研究成果已证实，触发“4·20”芦山地震的震源断裂是NE向大川－双石断裂，地震断裂的震源滑动量可按地表破裂方向与地震断层产状之间的空间几何关系估算。

现场实测获得：地表主压变形（a）轴方向α1为N30°E，垂向位移与右旋走滑位移量之比为5，滑线侧伏角α2＝78°。地震断层走向α3为N65°E，断面倾角β＝65°。据此估算地震断层面上的最大逆断－右旋滑动量（L）达到1.51m。

2.3 震中位置

关于M＝7.0级主震的震中位置问题，在现场调查工作中我们注意并重视对以下方面基本现象的分析与研究。

a.表征震源能量释放的主震及较强余震（M≥4.0），主要集中发生在主震后的4天内（2013年4月20～23日），并集中分布在以大溪－双石－太平一线为中心长约43km、宽约19km的范围内。地震活动的方向及位置均与大川－双石断层吻合（图1、图6）。

b.地表构造破裂及变形完全受NE向大川－双石断层控制。在双石镇南侧及NE侧断层通过位置，发生喷水冒砂及地面塌陷（图8）。

c.已有报道的震中区龙门乡虽然震害极为严重，但现场调研并未发现任何构造破裂及变形迹象，地震地质灾害亦不甚发育。

综上分析，作者认为芦山M＝7.0级强烈地震的震中位置应在地震断裂通过的双石－太平区段，而非震害严重的龙门乡。据我们研究，造成龙门乡震害异常的主要因素是该盆地较厚第四系强烈的场地效应[2，3]（图9）及建筑物结构强度不足。

2.4 芦山地震与汶川地震的构造关联

已有的研究资料已证实，“5·12”汶川 M＝8.0级地震是由于龙门山断裂带中央断裂（映秀－北川断层）及边缘断裂（前山断层）的压性逆冲兼右旋走滑活动触发的[5]。地震破裂和余震活动（图10）均一致显示，震源破裂沿龙门山断裂带NE段向NE方向扩展（图11）；而断裂带SW段既无余震活动，也无地震破裂变形，处于相对的活动休止状态。

“5·12”汶川地震约5年后的2013年4月20日，处于活动休止状态的龙门山断裂带SW段发生了芦山M＝7.0级地震。该地震与前者的关联主要体现在以下2方面：（1）在震源断层错动的动力学特征方面，二者极为近似，即均表现为NE向断裂的压性逆冲兼右旋走滑错动。（2）“4·20”芦山地震的构造破裂的扩展方向，具有向龙门山中央断裂发展的趋势，而与龙门山边缘断裂尚无明显的关联。

图6 区域地震－构造图Fig.6 Regional earthquake－structure diagram

图7 地震破裂及其动力学特征Fig.7 Earthquake rupture and its dynamic characteristics

图8 双石镇地表喷水冒砂（左）及地面塌陷坑（右）Fig.8 Liquefaction of sand soil（left）and ground collapse（right）in Shuangshi Town

图9 芦山县龙门乡震后航空影像Fig.9 The aerial image of the Longmen Township，Lushan County after the earthquake

据此我们推断，二者的构造关联应是：“5·12”汶川地震致使龙门山断裂带NE段因破裂贯通而应力解除，地壳构造应力的调整加快了SW段的地壳应力积累速率，导致断裂带地壳岩体应力－形变过程进入累进性发展阶段[5－7]，进而触发了芦山M＝7.0级强烈地震。

3 结论

a.“4·20”芦山 M＝7.0级地震是龙门山断裂带地壳构造应力调整、地壳岩体应力－形变过程进入累进性发展阶段的必然结果。

b.触发芦山地震的断层为NE走向的大川－双石断裂，震源断层错动的基本形式为压性逆冲兼右旋走向滑动，沿断层面最大滑动量达到1.51 m。

c.此次强烈地震的地壳破裂扩展方向具有明显向龙门山中央断裂发展的趋势；但从余震活动分布情况来看，大川－双石断裂与映秀－北川断裂之间尚未贯通，即存在一个明显的地震“空区”。不能排除该部位再次发生较强地震的可能性。

图10 汶川M＝8.0级地震余震活动图Fig.10 Aftershock distribution map of the Wenchuan earthquake

图11 芦山地震与汶川地震的构造破裂方向Fig.11 Tectonic fracture directions of the Lushan earthquake and the Wenchuan earthquake

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