从水井岩大型滑坡表面高温降解喷出物特征到汶川地震天然气体溢出爆炸模型

尚彦军，刘嘉麒，夏燕青，刘大安，雷天柱，张路青

1.中国科学院地质与地球物理研究所工程地质力学重点实验室， 北京 100029 2.中国科学院地质与地球物理研究所兰州油气资源研究中心， 兰州 730000

从水井岩大型滑坡表面高温降解喷出物特征到汶川地震天然气体溢出爆炸模型

尚彦军1，刘嘉麒1，夏燕青2，刘大安1，雷天柱2，张路青1

1.中国科学院地质与地球物理研究所工程地质力学重点实验室， 北京 100029 2.中国科学院地质与地球物理研究所兰州油气资源研究中心， 兰州 730000

汶川大地震中XI级烈度区内水井岩滑坡现场等地爆炸声、特大型滑坡现场巨大环形坑和远距离抛射碎石等记录和现象，需给出科学解释。在地震发生后多次现场地质调查和走访、样品采集和多项分析测试及其结果比较等基础上，对主中央断裂F2控制的下盘陈家坝水井岩大型滑坡体上环形坑周边不同距离范围内散落烧焦残留的硅酸盐和碳酸岩等采样后，开展了物质成分和微观结构分析。结果发现：与原生溶蚀灰岩、薄层煤岩结构和有机质成分不同，这些抛散在滑体表面的样品中富含经强烈高温作用的块石，一些成分以锰碳酸盐岩等为主的暗棕色样品中稠环芳烃是其经历过强烈热作用过程而使有机质发生环化芳构化反应的结果，即样品经过了强烈热降解作用，显示其形成时出现强烈热作用过程和高温裂解现象。结合本区地质构造特征和煤层气分布情况、地震后实施的汶川地震带深钻在穿越主中央断裂带F2深度处监测到余震过程中甲烷含量异常增高、东河口地震遗址公园发现温泉及天然气溢出等资料和研究结果，讨论了地震诱发的富含甲烷的天然气爆炸，其加剧或伴生着地震次生地质灾害。由此推测：与碳质岩或煤系共存的喀斯特溶洞中封闭煤层气在地震过程中突溢和爆炸燃烧，叠加或放大了地震作用，结果在滑坡堆积体表面残留了多处环形爆炸坑，引发了一些岩块大规模长距离水平抛撒等。研究结果对监测和认识发震断层带在地震过程中天然气爆炸诱发和加剧滑坡灾害有重要意义。

汶川地震;环形坑;碳酸盐锰质岩;煤层气;高温降解

0 引言

位于5.12汶川地震中央主断裂F2东的北川陈家坝水井岩滑坡以1 271 m多的远距离抛射而常被研究者作为大型滑坡发生远程抛射的典型案例，多从高陡边坡地形对地震波速放大效应加以讨论[1-2]。国际上对大型滑坡远距离运移或抛撒机理，多强调摩擦热作用而呈现石灰窑池煅烧效果[3]，以及强调摩擦底界湍流作用自动润滑来解释[4]。汶川地震断裂带上深达1.2 km科学钻探1号孔(WFSD-1)在585～600 m深度穿越F2主滑动面时监测到余震中的大量流体异常，其中甲烷气(CH4)含量以突变增高而独具特色[5]，使得有必要对地震中天然气浓度变化给予特别关注。天然地震过程中发震断裂一定范围内空气中出现闪电和亮光等现象已有数值模拟研究得到的电磁场突变结果[6]，但物理模拟和现场实时监测工作仍欠缺。地光不是地震派生结果而是临震共同发展的统一过程[7],包括静电在内的种种地震派生出来的异常现象都是地球内部气体上涌造成的[8]。地球放气-卫星遥测热红外异常-地震活动存在相关性并多次预报成功[9]。卫星测量证实地震前大面积高空显著增温(增高5～7 ℃)。水井中H2、CO2、CH4、Rn、He、Ar 等含量突然升高，已被各地台站或野外实测结果所证明[10-12]。青川县东河口地震遗址公园发现地表蒸汽温度达45 ℃的温泉(最早出现在2008年10月)及多处甲烷体积分数达66%的天然气溢出说明：汶川地震导致地质构造破裂，为地下热水和天然气提供了上升通道[13]。和地震同发的热、电、光、气等流体可从地球深部一直穿过地壳上冲到数十千米高空，这一活动轨迹易使研究者把浅部和深部现象联系起来[14]。地震中火灾和爆炸常发生在天然气管道和器罐集中的城镇，对地震中天然爆炸和自燃罕见报道。不乏汶川地震爆炸声、特大型地质体破裂区爆炸和地下物质喷出抛射等现象的争鸣分歧，单靠传统的断层逆冲走滑活动性难以解释。活动断层、地震作用和大型滑坡分别作为地震滑坡的控制主体、诱因和表现结果之一，其关联性和相互作用机理如何？对其研究或可推动这些现有地震动力地质作用认识难以解释的异常现象。

在北川陈家坝水井岩大型滑坡现场地质调查中，在滑坡后壁下一定范围内发现了环形坑和零星散落表面、疑似高温燃烧过的暗棕色喷出物。在青川县东河口和安县肖家桥也分别发现了环形坑、夹薄层碳质页岩碎裂化的石灰岩等。作者通过现场调查和样品测试结果对比分析，揭示地震过程中发生了甲烷爆炸和自燃，引发和放大了地震次生地质灾害。笔者提出地震活动导致局部石灰岩溶洞中密闭煤成气体(瓦斯)爆炸，可望为更好地认识汶川地震活动中大型滑坡灾害异常现象提供些许参考。

1 研究区背景条件

2008年5月12日四川盆地北西缘发生的里氏8.0级(初始报告为7.8级)地震，断层错动时间是22.2 s，最大烈度XI度。震中位置在四川汶川县映秀镇(莲花心沟103.4°E，31.0°N),震源深度10～20 km,发生余震近万次。汶川地震不仅在震中区附近造成灾难性破坏，直接严重受灾地区达10 万km2，且在四川省和邻近省市大范围造成破坏，其影响更是波及到全国绝大部分地区乃至境外，是新中国建立以来我国大陆发生的破坏性最为严重的地震。地震触发的崩塌滑坡地质灾害点3.5万处，规模大于1 000 万m3巨型滑坡达30余处，堰塞湖39处[15]。

1.1 地理地质特征

北东走向龙门山绵延数百千米，海拔0.7～5.0 km,相对高差一般为1～3 km，最大为4 km，属侵蚀山地，深切割中-高山区。区内发育长江水系中的岷江、涪江。河流流向从北向南，从西向东，河道以平直段和多处急转弯段为特征。

本区属扬子地层区的龙门山及四川盆地分区。晚古生代至中生代三叠纪末下降沉积了一套海相碳酸盐岩-泥页岩建造，侏罗纪初期因地壳不断上升由海相变为陆相沉积。侏罗纪至第三纪沉积了一套陆相红色泥页岩、碎屑岩建造。

构造地貌上为燕山运动隆起、喜山运动大幅上升山地。山脉走向与构造线方向大体一致，其地貌演化明显受构造作用控制。纵贯本区的龙门山主边界断裂东南侧为龙门山前凹陷带(川西前陆盆地)[16]。龙门造山带-川西前陆盆地系统深部从东向西多级俯冲浅滑，浅部由西向东多层次推覆。当北川-映秀断裂上盘推覆体推到一定高度时失去平衡，在重力作用下形成滑覆体(飞来峰)[17]。

1.2 丰富的富含甲烷的天然气

川西和龙门山地区存在大量中小型煤田，矿化点多，天然气富集。据资料[18-20]统计，在川西和龙门山地区煤矿产地41处以上，包括中型矿床(4.5～1.5 Mt)2处，小型矿床(500～1 500 万t)6处。余者为矿点，泥碳为矿化点(图1)。龙门山含煤区面积143.54 km2，煤层气资源量8.9 亿m3，资源丰度0.025 m3/km2[25]。煤层厚度一般为0.3～3 m、长度几十～700 m、煤层数可达30多层，主要产于上三叠统须家河组、上二叠统龙潭组，下二叠统梁山组。须家河组煤系地层是川西煤成气田主要气源岩，是煤成气主要富集区。

多期次构造运动和适时的古构造，使区内晚印支期以来经历8次构造运动。天然气运聚经历多期反复，形成以古隆起为主导、以水溶相运移为主体的，在适时古隆起早期聚集与喜山期超晚期多期持续成藏的复合成藏模式。川西坳陷从浅层的白垩系(200 m)至深层的上三叠统须家河组(5 km)，在空间上构成串珠立体成群的天然气富集带[26]。60 Ma年以来龙门山造山带-川西前陆盆地系统的整体抬升和剥蚀作用决定了裂缝系统的发育和上三叠气藏的调整及侏罗系气藏的形成[27]。

上三叠统和侏罗系是川西大中型气田的主要产层。川西地区须家河组T3xj煤系埋深达4 254 m。在T3xj2从北向南分布有中坝气田、新场气田、合兴场气田、大邑气田、平落坝气田。在T3xj4分布有丰谷气田、孝泉气田等[28]。

在龙门山推覆构造封闭和地层封闭的条件下，生气增压作用造就了面积大、分布广的异常高压区。须家河组异常压力演化史可分早侏罗世-古近纪沉积型超压、新近纪-现今构造型超压(压力系数>1.7)两阶段。喜山中晚期龙门山造山作用形成应力场叠加，促成了高幅度构造型超压。晚侏罗世后剩余压力差10～20 MPa，为天然气侧向运移提供了较为充足的动力[29]。中侏罗世末、早白垩世末，生气作用产生的增压机制结果是局部地层压力分别达42～45、72～79 MPa。由于喜山期龙门山地区多幕次自西向东的推覆挤压，孔隙缩小和流体超高压效应明显。川西坳陷超压中心与上三叠统生气中心不一致，而与喜山期构造展布方向一致：须家河组生烃中心在彭灌地区，而现今超压中心在绵阳、梓潼地区。在川西中部高压力区内分布大-中型储量丰富的须家河组原生气藏，以及侏罗系远源气藏，为天然气储量最富集地区，所发现的气藏集中在NEE向的绵竹-盐亭大型燕山期隆起带上，其西端获得地质储量上千亿m3的新场气田[30]。

煤矿资料据文献[18-20]；油气藏分布据文献[21]；气田和含气构造分布据文献[22]; 地表破裂带和发震构造据文献[23];地震烈度等值线据文献[24]。DHK.东河口； SJY.水井岩；XJD.谢家店子; XJQ.肖家桥； LHG.莲花心沟震中。图1 龙门山及川西地区煤田、油藏和气田平面分布图Fig.1 Distribution of coal, oil and gas mines at west Sichuan Province and the Longmen Mountain

早在三国时期(221～223AD)，临邓县就发现火井(天然气)。本区采煤历史达200余年，废旧矿坑数处。川西第一大型气田新场气田(绵阳-成都一线以西)(储量大于500×108m3)主要产层为侏罗系和上三叠统[26]。

汶川地震前煤矿和隧道施工中发生过瓦斯爆炸。地质构造因素是瓦斯突出的必要条件。一般情况下，压性或压扭性断层为封闭性构造，瓦斯含量较高、瓦斯压力大，瓦斯突出危险性也大。瓦斯含量和散放与煤体破坏程度成正比，构造煤层理紊乱，煤质松软，属突出煤[31]。四川芙蓉煤矿47次突出都发生在断层和褶皱带附近[32]。213国道汶川县映秀镇至都江堰市马鞍石隧道段内的友谊隧道，全长950 m，最大埋深209 m，通过须家河组上段砂页岩，有煤层分布。洞身有长832 m、厚达4 m以上煤层区，其间有3个煤窑采空区，煤层介于II和III类煤之间。据测定，30 min内绝对瓦斯涌出量最大为0.857 m3/min，煤中最大瓦斯量为4.4 m3/t，属高瓦斯区。前期对瓦斯未重点防范，致使洞内发生瓦斯燃烧和爆炸事件。之后按高瓦斯隧道重新组织了施工[33]。

1.3 石灰岩中大小规模不等的溶洞

本区灰岩层位多，分布广，如∈、O和T都有石灰岩发育[34]。在浅表由于地壳强烈运动，构造断裂多，地下水活动强烈，在不同深度和高程上形成了大小规模不等的溶洞。在晓坝乡去往肖家桥滑坡公路上有一处顺天然溶洞开挖而成的隧道。在肖家桥、水井岩河谷两岸可见一定规模溶洞群。东河口灰岩中节理裂隙发育，多钙质沉淀结晶物，说明溶蚀作用普遍。

2 现场地质调查

在沿中央断裂F2大型滑坡体表面发现了一些类似现象：环形大坑、散落滑坡体表面的疏松多孔暗棕色岩块、岩石灼烧和树枝烧焦等，说明大地震次生地质灾害发生与爆炸作用关系密切。

2.1 水井岩滑坡现场环形坑及喷出物分布

陈家坝水井岩大型滑坡位于青林口倒转复背斜东翼，北东向的中央(映秀-北川)断裂从本区穿过，为倾向NW、倾角60°的逆断层。断层西侧寒武系下统邱家河组(∈1q)碳质页岩、硅质岩、白云岩、灰岩，含锰矿。东侧志留系罗惹坪群-纱帽群(S2-3)中部灰绿色页岩夹薄-厚层石灰岩。该断层基本控制了滑坡后缘的陡崖。1∶20万矿产图显示本区发育小型重晶石矿(10～1 万t)，存在黄铁矿、锰矿矿化点。

水井岩滑坡主滑方向125°，东西长600 m，南北宽500 m，厚10～50 m。都贯河谷走向约210°，河谷和山顶高程分别为720 m和900 m(1956年黄海高程)，相对高差180 m，河谷距山顶平距约1 km。2008年6月20日下午被堵了20天的水井岩堰塞湖被挖土机挖开，溢洪道西侧崖高出水面7 m。

在水井岩陡崖前有3个环形大坑分布。在都贯河西岸见有因河水冲刷而部分残留的另一大坑。这4个坑体分布在滑坡体下方和堰塞体上，近圆环形，深3～5 m不等(图2，图3)。其中在覆满黑色碳质粉末和岩块的断层陡崖下，有面积约100 m2、被后期水流淤塞的环形坑1(图4)。

图2 陈家坝乡水井岩滑坡和堰塞体表面不同位置的4个爆炸坑(拍摄日期2008-06-20，镜头向S)Fig. 2 Shuijingyan landslide at Chenjiaba and 4 explosive pits at the surface

图3 陈家坝水井岩滑坡陡崖下环形坑和疏通后堰塞坝远观(拍摄日期2008-06-20，镜头向W)Fig.3 Circular pits at the foot of the cliff of Shuijingyan landslide and cut landslide dam

水井岩滑坡体发生在李家湾金洪6组的彩虹地。过都贯河向西到半山腰平台见灰色板岩，棕色、棕黑色碳质团块与钟乳石发育的灰岩、板岩混杂。其中呈蜂窝状有气孔的黑色、暗棕色污手碳质物从西至东由密至稀分布在滑体表面。在滑坡体北西向后缘下大坑周边见黑色碳质岩和溶蚀孔发育的石灰岩上面散落着黑色、暗棕色疏松的近椭球形岩石。李家湾南西向陡崖下见原深坑被后期流水淤积而留的平台。坑1的南西缘堆积体高出坑底约3 m，见成95°走向条带状黑色碳质岩块。顶部碳质岩与板岩、大块溶蚀灰岩共生(灰岩之上，整体块状，溶孔发育，呈棕黑色，污手)。

在滑坡体表面散落着多孔状灰褐色、暗棕色抛撒物团块(图5)。它们混杂于黑色碳质岩、溶蚀灰岩间(图6)。暗棕色多孔椭球形团块直径10～30 cm，容重2.0 g/cm3，较一般岩石轻，垂直底面簇状圆管形气孔直径2 mm(样号SJY01)。离开坑1近200 m范围内见褐红色爆炸物(SJY08)。图6b中可见滑坡堆积物表面的古柏木。爆炸抛出和冲击物越过泻洪道，在东岸新耕作的田地里散落着0.5 m3灰岩块(图7)。直到1 km外李家湾村(位置见图2)民屋顶偶尔可见比拳头略小的灰色灰岩块体。水井岩北侧高坡上3年前建的2层楼南面水泥路现走向10°～15°的拱起，裂纹走向100°。

据当地周姓村民介绍，5.12地震时听到声音如汽车响，从地下传来三声爆炸声，地面似波浪一样运动，他紧扒着树干跟着上下晃动。空气中充斥着炸药味，有几秒钟摇晃时响声很大。该处河床中有重晶石(BaSO4)。在河床边滩上偶尔见到喷出后坠落呈塔丘状的灰色碳质板岩，风化成中心凹陷直径1.2 m、高0.7 m的圆锥状蓝灰色土(位置SJY06)。

2.2 东河口滑坡区4个圆形坑

青川县关庄镇东河口位于清水河与红石河交汇处，龙门山之中央断裂F2末端，地层为寒武系下统邱家河组(∈1q),岩性为碳硅质板岩夹硅质岩、结晶灰岩及劣质铁锰矿层。该处为形成于中低温热液条件下的重晶石异常区。

在东河口出现了大规模的地质体破坏，堵塞了主流和支流，形成了2个堰塞坝。东河口滑坡属高初速抛射型滑坡，滑体宽度200～600 m，长度2.5 km，体积约3 000 万m3，覆盖范围1.09 km2[15]。

红光乡清水河和红石河处堰塞湖处，河谷走向10°的红石河向南约1 km，见到一走向约115°滑坡体。上游右岸薄层板岩产状320°∠20°，构成顺向坡。红石河坝东侧简易路上，东岸坡顶为滑坡体前缘，受强烈冲击力作用树木向东侧倾倒。在红石河堰塞湖北进入走向85°的文家沟中即东河口滑坡主体部分。该沟左侧岸坡近顶部，坡面上厚几米～几十米的碳质板岩堆积；沟左岸沟头陡崖东灰黄色板岩产状300°∠20°；上游右岸支沟为碳质岩。滑坡主滑方向45°，滑体下游多碳质和硅质板岩，上游多整体状碳质岩、灰岩。

火焰状方解石脉发育于巨厚层灰岩中，块状碳质岩多，泥质板岩少见。巨大块石中见到呈巨砾状的灰黑色灰岩，表面发育板片状断层泥。向西为巨大灰岩、碳质岩。从滑坡体上水塘向北100 m多泥质板岩，灰岩表面褐铁矿化，疑似断层岩。

该处滑坡堆积体表面散布着呈70°走向串珠状分布的4个近圆形大坑。坑体直径约50 m，坑缘斜长18 m，倾角35°～40°，深约10 m。坑体四周物质破碎松散，坑底已积水或有水流后沉积的薄黏土层(图7)。

5．12地震时发生3次历程一致、连贯的巨大爆炸，持续2 min，喷发高度大，爆炸声音沉闷如放大炮，爆炸物粉尘让人呼吸困难，喷爆物高出原地面约50 m。从西向东应有3个烟黑色大坑，一个大坑标志着一炮位置。喷出来干净黑色石头，有热浪向面而来，气浪冲得很厉害，2 min爆炸后发生了滑坡。滑坡量不多，但放炮炸上来东西很多。概括现场目击者观察到的地震灾害发生过程是：1)摇晃至房屋倒塌; 2)爆炸、有硫磺味，持续2分钟; 3)发生滑坡。

2.3 肖家桥烧焦的树木和碎裂的石灰岩

图4 滑坡陡崖下被部分淤积的环形坑1近景(拍摄日期2008-06-20，镜头向SW)Fig. 4 The appearance of the circular pit 1 at the foot of the cliff

a. 坑1东侧约50 m; b.坑1东侧约150 m。图5 滑坡体表面散落的孤立分布的近圆形暗棕色团块Fig. 5 Nearly round dark brown fragments randomly distributed at the landslide surface

a.坑1东SJY01;b.河东岸巨木干和灼烧的岩石SJY02;c.坑1边陡崖上的有碳粉末的碳质岩SJY07; d.坑1边陡崖上的褐色松散块体SJY08; e.坑1西侧滑坡后壁陡崖原状融蚀灰岩SJY15和薄煤线SJY14。拍摄日期：a-d:2008-06-20; e: 2012-10-14。图6 水井岩滑坡堆积物现场采样位置和样品宏观形态Fig. 6 Sampling locations and appearance of the samples

安县肖家桥滑坡位于安昌河支流茶坪河流域内、晓坝镇上游约6.5 km的马颈项(E104°16′40″，N31°38′50″)。东部为总长沟群(C1zn)薄-厚层白云质灰岩夹薄层黑色页岩，西部为二叠系下统(P1)石灰岩、泥质灰岩夹页岩，层状碎裂结构，层理产状320°∠50°，倾向左岸偏上游。中层、中厚层灰岩夹暗灰色薄层剪切破碎碳质页岩。该处夹于NE走向的黄莲桥冲断层和岩梯子冲断层间，附近发育次级左行压扭性断层，河流拐弯处拱起形成马颈项，对面为狭长无水山谷。相对高差200 m(海拔高程710～900 m)的顺层边坡体发生高速短程滑坡，堵塞河道形成了坝长272 m、宽198 m、高度67 m，体积200多万m3的堰塞坝。2008年6月2日堰塞湖蓄水量750 余万m3。6月20日上午现场挖土机正在施工，河谷方向270°的河道已疏通。河流S拐弯对面窄峡谷走向10°。

滑坡从S向N滑动，主滑方向345°。滑坡体垂直落距(滑坡体后缘到堰塞体顶部高程差)达200 m，滑坡后缘到堆积物前缘水平距离约600 m。堰塞体高出河床57～67 m，顺河向长约390 m，垂直河向长约260 m，体积约为2.42×106m3。后缘顺层光滑面产状315°∠50°。堰塞湖泄洪面高出河床约30 m。

松散堆积体上有2种物质：均匀破碎的灰岩块体，直径一般为5 cm；巨大的灰岩块体，直径大于2 m，形状不规则，夹杂于均匀灰岩块体中，形似基岩。滑体远端和后端都有黑色粉末状碳质岩，分布上远端有一定厚度(高出河床约30 m)(图8)。

3 爆炸物结构和成分特点

2008年6月20日，笔者在陈家坝水井岩滑坡体上采集了4块样品(SYJ01、02、07和08)，2012年10月14日在滑坡后缘陡崖上采集了2块未受破坏的原态样品(SJY14和15)。

图7 青川县东河口巨大的松散堆积和爆炸坑分布(拍摄日期2008-06-22，镜头向SW)Fig. 7 Huge amounts of loose materials and circular pits over the Donghekou landslide

a.滑坡光滑的后缘为陡倾中厚层灰岩夹薄层碳质页岩; b.滑坡体上部分烧过的树枝；c.堰塞坝中灰岩巨石(左下)和滑坡前缘灰黑色碳质粉末(中右)。拍摄日期2008-06-21。图8 安县肖家桥大型滑坡体Fig. 8 The large scale Xiaojiaqiao landslide

图9 6个实验样品(SJY)采集后原始形态特征Fig. 9 Appearance of the samples from Shuijingyan landslide

这些样品颜色和形态特征见图9和表1。其中样品SJY02表面见硅铁质熔融后的流动构造。SJY07上局部见到污手而指甲可划出的碳末块(如烧焦后的黑木炭)而另添加样品编号SJY07-S。

据现场采集的样品成分和结构特点差异开展了不同测试，基本反映了水井岩滑坡现场样品特征。测试发现坑1东约200 m处所取样品SJY01以方解石、菱锰矿为主，化学成分多CaCO3和MnCO3。离开坑1近80 m的爆炸物SJY08以硅铝质和铁质为主(表2)。

3.1 化学分析结果

化学全分析使用飞利浦PW2404X射线荧光光谱仪。从表2的14项成分结果可见,样品SJY01主要为碳酸岩(CaO)和氧化锰(MnO)，烧失量和CO2质量分数都较高，说明了碳酸盐含量较大。SJY08硅铝质含量较高。

对样品SJY01进行了稀土和微量元素分析(表3)，参照球粒陨石标准化推荐值计算得到的结果如表4所示。

稀土元素和微量元素分析利用了电感耦合等离子体质谱仪(ICP-MS)。分析方法采用标准曲线法(即外标法-external calibration)，以In内标校准仪器漂移。

以国家标准参考物质(安山岩GSR2，玄武岩GSR3)进行质量监控，绝大多数元素的相对标准偏差RSD≤10。图10显示了SJY01样品稀土元素标准化模式,可见Ce和Eu明显负异常。表4中LREE/HREE、LaN/LuN、LaN/YbN均表明该剖面轻稀土富集、重稀土亏损。LaN/SmN和GdN/YbN反映了轻中稀土和中重稀土的分馏程度。

图10 滑坡体表面样品SJY01岩石球粒陨石标准化模式图Fig. 10 Chondrite-normalised REE patters of SJY01

SmN/YbN小于1代表着小于80 Ma的现代海水[35]。V、U和Ni等微量元素在碳质页岩等强吸附能力的岩石中强烈富集，常导致高U/Th值。V、U等元素在生物细菌和还原环境中易于富集，而Co和Ni等元素在氧化环境中相对富集，因此常造成氧化环境中V/Cr和Ni/Co等值低。V/(V+Ni)表示出弱分层的贫氧环境。以上指标综合反映出总体上沉积环境既有氧化环境，又有还原环境，说明了是不同环境下碳酸盐矿物和碳质页岩块和粉末混杂的结果，这是因为所分析的样品是滑坡体表面抛撒物，而非相对纯净的原地层中岩石。

图11 样品饱和烃GC/MS总离子流图Fig. 11 Saturated hydrocarbons GC/MS total ion chromatogram

3.2 有机质分析

有机质分析采用了GC6890N/MSD5973N联用仪，GC 汽化室温度200 ℃， 美国J&W.HP-5(30 m×0.25 mm×0.25 μm)弹性石英毛细管柱，45 ℃开始以2 ℃/min的升温速率升至100 ℃，载气为99.999%高纯氦。MSD 离子源为EI源，离子源温度230 ℃，电子能量70 eV；使用美国NIST02谱库。

3.2.1 柱色层族组成特征

样品粉碎至120目以下，再用氯仿作为抽提剂经索氏抽提72 h得氯仿沥青“A”。将浓缩晾干后的氯仿沥青“A”用正己烷沉淀沥青质，将剩余组分经硅胶/氧化铝(4∶1)柱色层分离为饱和烃、芳烃和非烃，洗脱剂分别为正己烷 、苯和甲醇。对饱和烃与芳烃做GC/MS分析。芳烃图谱解析显示：SJY07-S，01，07和08 4个样品中均检测出了稠环芳烃菲系列(3个芳环)、荧蒽与芘(4个芳环)及屈(4个芳环)，但SJY14、15两样品未检测出(表5)。结果表明,SJY07-S、01、07和08 4个样品曾经历剧烈高温作用发生了环化芳构化反应，但SJY14、15两样品未经历强高温过程。

沥青质数据显示：SJY14、15两样品沥青质相对含量是SJY07-S、01、07和08 4个样品的10倍以上，同样表明SJY14、15两样品未经历强烈高温降解过程，而另4个样经历过强烈高温降解。

3.2.2 饱和烃总离子流图

6个样饱和烃GC/MS总离子流图显示SJY07-S、01、07和08 4个样品nC22以后高碳数的正构烷烃相对丰度异常低(图11)。甾烷分布特征表明这些样品的有机质母源以既有丰富的水生生物输入、又有丰富的陆源物质贡献的混源母质为特征。

如样品未经历强烈热作用过程而仅经历正常地热作用，则nC22以后高碳数的正构烷烃相对丰度和nC21以前低碳数正构烷烃的相对丰度几乎相等，或者nC22以后高碳数的正构烷烃相对丰度还要大于nC21以前低碳数正构烷烃的相对丰度。SJY07-S、01、07和08 4个样品nC22以后高碳数的正构烷烃相对丰度异常低的现象，表明其经历过强烈高温降解。SJY14、15两样品饱和烃GC/MS总离子流图显示nC22以后高碳数的正构烷烃相对丰度明显大于nC21以前低碳数正构烷烃的相对丰度，表明它们未经历过强烈高温降解过程。

Pr/nC17及Ph/nC18值是地球化学中用来判识有机质降解程度有意义的参数，该值越大则有机质降解越严重。SJY07-S的Pr/nC17为0.557，Ph/nC18为0.716，SJY07的Pr/nC17为0.530，Ph/nC18为0.668，表明SJY07-S样品有机质比SJY07样品有机质降解程度要大一些。

3.2.3 三环二萜烷与藿烷特征

6个样的三环萜与藿烷 m/z191质量色谱图显示SJY07-S、01、07和08 4个样品均呈∑三环萜烷≫∑藿烷特征(图12)，通常只有在盐度异常高的咸水湖相样品中才出现该特征。研究的个样的r-蜡烷/0.5 C31αβ藿烷值均小于0.5，表明样品的古环境水质为淡-微咸水。样品均呈∑三环萜烷≫∑藿烷特征，表明它们经历过强烈高温降解过程。SJY14、15两个样品三环萜与藿烷 m/z191质量色谱图呈现正常样品的∑藿烷>∑三环萜烷特征，表明未经历过强烈高温降解过程。

3.2.4 甾族化合物特征

6个样甾烷m/z217质量色谱图显示SJY07-S、01、07和08 4个样品均呈∑孕甾烷≫∑甾烷特征(图13)，一般只有在盐度异常高的咸水湖相样品中才出现这类特征。由于这批样品藿烷成烃环境水质咸淡程度参数r-蜡烷/0.5 C31αβ藿烷值均小于0.5，表明样品成烃古环境水质为淡-微咸水。因此样品的m/z217质量色谱图中呈∑孕甾烷≫∑甾烷特征是样品经历过异常高温作用的结果。SJY14、15两样品呈现正常甾烷系列的∑甾烷>∑孕甾烷特征，表明它们未经历过强烈高温降解过程。

图12 样品三环萜与藿烷m/z191质量色谱图Fig.12 Tricyclic terpenes and hopane m/z191 mass chromatograms

样品号位置地表北纬东经绝对高程/m爆炸喷出物颜色产出形态岩性实验室测试项目薄片鉴定SEMXRD化学全分析微量和稀土有机质SJY01滑坡后方坑1东50m平台上31°58'30.0″104°36'21.0″860暗棕红色疏松多蜂巢状孔锰碳酸盐岩√√√√√√SJY02河东岸平台上31°58'19.0″104°36'30.2″789暗红色带熔融条带的块状硅铝质岩√SJY07坑1东缘高坡上31°58'32.9″104°36'19.5″838灰黑色碎裂板状碳质岩√SJY08坑1东侧高岗上31°58'31.1″104°36'21.0″835褐色碎裂块状砾质碎石土√√SJY14滑坡后壁陡崖上位于SJY15点北40m885黑色薄层状原始煤层√SJY15滑坡后壁陡崖上31°58'35.12″104°36'18.01″887灰色多孔块状溶蚀灰岩√

注: √代表测试项目,其中样品SJY07的有机质细分出07-S。样品SJY01是溶蚀灰岩和锰矿石的混合体。XRD.X-射线衍射; SEM.扫描电镜。

表2 滑坡体表面样品化学全分析结果

注：LOS为烧失量；Fe2O3指全铁。

表3 滑坡体表面样品SJY01稀土元素及其他微量元素分析结果

表4 滑坡体表面样品SJY01稀土元素及其他微量元素计算结果

表5 样品柱色层族组成数据

样品常规甾烷系列呈C27≥C29>C28特征，表明样品的母源为既有丰富的水生生物输入又有丰富的陆源物质贡献的混源母质。较丰富的αββ-甾烷被检测出表明样品有机质经受过微生物的作用过程。

3.2.5 芳烃馏分特征

芳烃馏分的GC/MS总离子流图显示SJY07-S、01、07和08 4个样品中均检测出明显具3个芳环的菲(P)、甲基菲(MP)、二甲基菲(DMP)，4个芳环的荧蒽(FL)、芘(PY)以及屈(CH)(图14)。这些稠环芳烃是样品经历过强烈热作用过程、样品有机质发生环化芳构化反应的结果。SJY14、15两样品的芳烃馏分中几乎检测不出上述稠环芳烃，表明SJY07-S、01、07和08 4个样品经历过强烈热作用，而SJY14、15两个样品未经历这种强烈热作用过程。

图13 样品的甾烷 m/z217质量色谱图Fig.13 Sterane m/z217 mass chromatograms

通过研究样品的柱色层族组成数据、饱和烃GC/MS总离子流数据、三环二萜烷与藿烷数据、甾烷数据以及芳烃馏分GC/MS总离子流数据等得到一致结论：SJY07-S、01、07和08 4个样品经历过强烈的热作用，SJY14、15两个样品并未经历这种强烈的热作用过程；SJY07-S样品有机质的降解程度比SJY07要大一些，但这两者的降解程度均比SJY14有机质的降解程度大得多；SJY01样品有机质的降解程度比SJY15有机质的降解程度大得多。

3.3 XRD测试

样品破碎至75 μm，X射线晶体衍射使用仪器Dimax 2400型，96日本理学，Cu-K 40 kV/40 mA, 1°/1°/0.3 mm，4°/min 3-65″。对2个样品破碎至200目(75 μm)，采用全岩粉晶衍射XRD分析，结果如表6所示。对样品SJY01复测结果：石膏(CaSO4·2H2O)质量分数为5%，柱钾铁矾(K.Fe(SO4)2·4H2O)质量分数为20%，石英 (SiO2)质量分数为5%，方解石(CaCO3) 质量分数为40%，其他非定型30%。从结果看SO4不稳定，从地下向地表上升过程中，Ca容易被Al、K和Fe交换替代。SJY08可能有菱锰矿(rhodochrosite)、石英、蛇纹石等。

综合两个不同单位实验室对此同批SJY01样品所做出的XRD数据，结果如下：

1)主要以碳酸盐矿物为主，其中方解石(CaCO3)占主体，另有少量菱锰矿(MnCO3)。同时，大部分Mn以Mn3O4(MnO·MnO2)(manganse oxide)形式存在，似是经菱锰矿风化而成(结晶度不好)；2)含石英；3)含少量石膏(CaSO4·2H2O)；4) 含少量云母类硅酸盐矿物。

图14 样品芳烃馏分的GC/MS总离子流图Fig.14 Aromatic fraction of GC/MS total ion chromatogram

3.4 薄片鉴定

在Olympus光学显微镜下样品SJY01为褐棕色、暗红色。薄片标本黑色，岩石由粒度0.036～0.1 mm粒状锰矿组成，大部分锰矿呈集合体团块、团粒，形状不规则，最大团块粒度1.4 mm。锰矿黑色不透明，很薄时呈褐色、褐红色半透明。锰矿粒间有碳酸盐和玉髓充填(图15)。 锰矿和碳酸盐矿物

分布不均匀。体积分数：锰矿70%～75%，碳酸盐20%～25%， 玉髓3%。薄片鉴定结果为锰矿化碳酸盐岩。

表6 样品全岩XRD测试结果

a.灰岩溶蚀孔正交偏光；b.灰色方解石和黑色锰氧化物单偏光；c.方解石单偏光。图15 样品SJY01薄片光学显微镜下结构特征(50倍放大)Fig.15 Microstructure features of the SJY01 sample

3.5 扫描电镜SEM

利用KYKY-2800对2个样品SJY01和SJY02分别进行了SEM分析和局部点的能谱测定。SJY01的结果如图16a,b,c所示。在较大的蜂窝状孔中，对孔壁上的物质1 μm 范围微点(十字处)(图16a)能谱测定结果为：w(Si)为12.28%，w(Ca)为16.94%，w(Mn)为70.78%。对高分辨率下椭球物质(图16b)成分测定结果：Mn为主，其次为Ca，Si很少。叠层板状矿物(图16c)成分以Mn为主，其次为Ca，Si很少。

样品SJY02结果如图16d,e所示。矿物呈长板针状(图16d)，能谱测试结果：w(Ca)为37.46%,w(Si)为 26.01%、w(Mn)为18.83%和w(C)为17.71%。样品中有发育较好的石英晶簇(图16e)。

a. SJY01蜂窝状孔；b. SJY01椭球体状物；c. SJY01叠层板状物；d. SJY02板状晶体；e. SJY02石英晶簇。图16 2个灼烧过样品的SEM图像Fig.16 SEM images of the two burned samples

综合衍射和化学分析结果，坑1东边的爆炸物SJY01主要物相是方解石和锰氧化物，后者是非晶质，所以无衍射峰。肉眼观察标本黑带褐棕色。锰氧化物具有较强的吸附能力，可吸附重稀土离子，这或许是重稀土偏高的重要原因。

4 爆炸过程和模型讨论

上述水井岩、东河口、肖家河，以及震源所在的莲花心沟等4处大型滑坡发生地连线走向NE45°，位于F2断裂带上、地震烈度X-XI区。目击者过程描述也一致说明了地震中发生了气体爆炸。这些气体中含有烃类气体、含硫；这种爆炸犹如煤矿坑道中的“瓦斯突出”或“CO突出”，其爆炸力、冲击力十分惊人，也唯有高压气体才有如此的冲击力。地震过程中的喷火、闪光、火球及爆炸现象表明地震喷发气体往往易燃，可能来自地下一定深度甲烷等气体。地震中沿活动断裂F2直接测量逸出的气体尤其是甲烷CH4气体有一定困难，但后期科学钻探1号钻在钻过F2断层带深度上观测到了余震中的流体异常变化，其中CH4突然增高特色明显[5]。天然气爆炸的3个必备条件：高的温度、一定的甲烷浓度和氧气含量在地震主断裂快速逆冲走滑过程中基本都具备了，只是量和程度难以确定。瓦斯爆炸界限为5%～16%(体积分数)，9.5%时爆炸威力最大(氧和瓦斯完全反应),受温度、压力及煤尘、其他可燃性气体、惰性气体混入等影响，一般瓦斯引火温度为650～750 ℃，受到瓦斯浓度、火源性质及混合气体压力等因素影响而变化。当瓦斯体积分数为7%～8%时，最易引燃。当混合气体压力增高时，引燃温度即降低。在引火温度相同时，火源面积越大、点火时间越长，越易引燃瓦斯。当氧气浓度减至12%以下时，瓦斯气体即失去爆炸性。大多数气体混合物系统的引燃温度范围627～927 ℃[36]。在强烈地震作用过程中CH4发生爆炸和完全燃烧时，生成为CO2和H2O而消失，所以一般地震活动中地面监测到的多为CO2气体。

据该区地质条件，笔者提出如下地下天然气体溢出爆炸条件：可燃物质是以甲烷成分为主的天然气，储存条件是石灰岩中的溶洞，引燃条件是快速剧烈的地震动力作用。现场直接证据是含锰、碳的爆炸物(类似瓦斯爆炸后残留岩石洞壁的焦疤)、烧焦的岩石和树木。一般来说，Ca和Si氧化物的熔融温度分别是600～700 ℃、300～500 ℃。估计燃烧温度不低于500 ℃，爆炸物质来源深度不小于200 m。

在航遥图像分析解译、现场调查和目击者走访基础上，据溶蚀现象发育的灰岩、黑色破碎的碳质岩伴生和大坑出现的部位及分析，笔者认为，地震时表现出来的爆炸现象不是高速滑坡及其冲击作用所造成的假象，而是实际发生过的现象。在都贯河左岸地表平台上还见到巨大的古柏树干，端部被烧焦，长度8.0 m，直径1.1 m(图6b)。现在当地山上以低矮树木和灌木丛为主，周围山上也见不到此等大树，据文献[37]，此树干样品C14年龄为(5 217±25) a B.P.，应是爆炸时喷出物的又一力据。汶川地震后媒体曾见报道东河口滑坡现场河道中(图7坑3和坑4之间)发现点火可燃的天然气逸出[13]。

在地震灾区的近地表岩土体(如石灰岩)中，零星孤立地储存有许多小型密封的天然气体或煤成瓦斯气体，大地震强力震动使部分易燃易爆气体发生瞬间强烈爆炸，造成了比单纯大地震破坏更加严重的山体破坏和巨型远距离抛散型滑坡与堰塞坝。由此可将地震引起地下天然气体逸出爆炸而触发山体滑坡与崩塌的次生地质灾害过程，建立以下模型。

4.1 山腰喷出模型

山腰部位天然气密闭空间爆炸，将边坡中部岩体抛出而触发上部岩体大规模崩塌，同时对下部边坡岩体造成损伤，从而在上部崩塌岩体的冲击下产生较大规模滑坡(图17a)。这时根据爆炸喷出岩体与覆盖层被抛射距离情况，其可能全部被新的滑坡岩体物质所掩埋。这种模型对解释陈家坝水井岩的远程高速飞行滑坡较合理，且爆炸坑和喷出抛撒物较易保存下来。

a.山腰喷出；b.山脚喷出。图17 汶川地震天然气喷出爆炸模型示意图Fig. 17 Explosion model for interpret circular pits and ejecta

4.2 山脚喷出模型

位于坡脚部位的天然气密闭空间爆炸，直接削弱了坡脚对边坡岩体的支撑作用，而触发大规模山体滑坡(图17b)。这时爆炸喷出岩体与覆盖层可能全部被新的滑坡岩体物质所掩埋。山脚爆炸喷出物多数情况下被定向抛向边坡的对岸。这可能是汶川地震中最普遍存在的模型，王家山滑坡是典型范例。据目击者称，山谷坡脚部位在地震后不久就发生了一次大爆炸，之后又连续产生了串珠式的大爆炸，然后就尘土飞扬什么都看不见，只听到千军万马的声音。主震过后才发现山头已被削掉近一半，且滑坡体掩埋了所有山谷中房屋。由此判断这是典型的坡脚爆炸触发大型山崩式滑坡的情况，爆炸坑和喷出物易被后期滑坡体所覆盖而难直露地表。唐家山滑坡可用此模型作部分解释。

4.3 山脚与山腰同时喷出模型

不排除存在山脚与山腰天然气密闭体同时或先后产生爆炸与抛射岩体的情况，这时既对边坡坡脚的支撑产生破坏，也对上部岩体造成严重损伤，从而直接触发更大规模的滑坡与崩塌。

4.4 其他可能模型

存在爆炸喷射本身直接产生了大型滑坡而不触发后续大型滑坡的情况，因爆炸较深层，产生的岩体破坏已很大并深入基岩，使得破坏后的新鲜岩体边坡基本稳定，如水井岩滑坡，这时爆炸喷出物原样保存较好，因此能观察到环形坑并采集到直接爆炸抛撒物。

另一种特殊情况是，在上述模型产生滑坡之后，山谷部位由于高地应力及地震波的作用，还继续产生爆炸喷出，从而在滑坡堆积体上留下较明显的爆炸坑，如图17a 所示。东河口滑坡很可能是这种情况(图7)。

当然也不排除先有滑坡而后产生爆炸喷出或两者同时发生的情况，但据笔者现场调查分析及对众目击者访问，前3种模型是主要的，最多的情况是第一种模型即山腰喷发情况。总之，地下天然气在近地表爆炸喷出引发大规模滑坡崩塌模型，可对这次汶川地震中多数大型滑坡奇特现象提出新的或许是被忽略的解释。

5 结论

汶川地震过程中发生了以陈家坝水井岩为代表的3处带有燃烧的爆炸，它们的连线走向NE45°,位于中央(映秀-北川)断裂带F2的下盘，处于川西含气盆地边缘控制带上。

爆炸发生的内因是碳质页岩和煤层伴生的前陆盆地天然气、溶蚀发育的石灰岩和近地表充足的氧气，外因是地震主震强烈动力作用。

沿中央断裂极震区发现孤立的环形爆坑、远距离抛撒的岩块和深孔监测到的深部断层带甲烷气含量异常升高，是引发汶川地震大型次生地质灾害的一个重要因素，对人民生命财产危害巨大。在地震发生前对活断层附近天然气富集区的分布和活动，应作为预防地震次生灾害的一项重要监测内容。

参加野外考察的还有伍法权、李晓、岳中琦、秦四清、胡瑞林教授等；现场工作得到了中国科学院工程地质力学实验室资助；成都理工大学地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室黄润秋、许强教授等提供了帮助；研究过程中得到了王思敬院士、李世煇教授等的指点；室内分析测试先后得到了中国科学院地质研究所分析测试实验室李禾先生、兰州油气资源研究中心地球化学测试部孟仟祥先生、核工业北京地质研究院、中科院科仪中心等单位和测试技术人员的大力支持。在此一并表示谢忱。

[1] 王运生，徐鸿彪，罗永红，等. 地震高位滑坡形成条件及抛射运动程式研究[J]. 岩石力学与工程学报,2009, 28(11):2360-2368. Wang Yunsheng, Xu Hongbiao, Luo Yonghong, et al. Study of Formation Conditions and Toss Motion Program of High Landslides Induced by Earthquake[J]. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering, 2009, 28(11):2360-2368.

[2] Qi Shengwen, Xu Qiang, Zhang Bing, et al. Source Characteristics of Long Runout Rock Avalanches Triggered by the 2008 Wenchuan Earthquake, China[J]. Journal of Asian Earth Sciences, 2011, 40:896-906.

[3] Hewitt Kenneth. Catastrophic Landslide Deposits in the Karakoram Himalaya[J]. Science, 1988,242: 64-67.

[4] Erismann T H. Mechanisms of Large Landslides[J]. Rock Mechanics, 1979, 12:15-46.

[5] 王焕. 汶川地震断裂带结构特征及其与地震活动性的关系[D]. 北京：中国地质大学(北京), 2011:82. Wang Huan. The Structure Characteristics of the Wenchuan Earthquake Fault Zone and Its Relationship with Seismic Activity[D]. Beijing: China University of Geoscience, 2011:82.

[6] Losseva T V , Nemchinov I V. Earthquake Lights and Rupture Processes[J]. Natural Hazards and Earth System Sciences, 2005, 5:649-656.

[7] 马宗晋. 临震现象与地震发光[J]. 地震战线, 1974(1). Ma Zongjin. The Imminent Luminescence Phenomena and Earthquake[J]. Seismic Line, 1974(1).

[8] 徐好民. 地球:静电[M]. 西安: 陕西旅游出版社, 1988. Xu Haomin. Earth, Static Electricity[M]. Xi’an: Shaanxi Tourism Publishing House, 1988.

[9] 强祖基，孔令昌，王弋平，等. 地球放气、热红外异常与地震活动[J]. 科学通报,1992(24):2259-2262. Qiang Zuji, Kong Lingchang, Wang Yiping, et al. Abnormal Earth Outgassing, Thermal Infrared and Seismic Activity[J]. Chinese Science Bulletin, 1992(24):2259-2262.

[10] 汪成民. 断层气测量在地震科学中的应用[M]. 北京: 地震出版社, 1991. Wang Chengmin. Application of Fault Gas Monitoring in Seismic Sciences[M]. Beijing: Seismological Publishing House, 1991.

[11] 孔令昌，强祖基.地壳突发性放气与灾害事件的研究[J]. 西北地震学报, 1991,18(1):42-46. Kong Lingchang, Qiang Zuji. Research of Gas Suddenly Released from the Crust and Natural Calamity Events[J]. Northwestern Seismological Journal, 1991, 18(1):42-46.

[12] 上官志冠. 深源与浅源气体震前异常变化的差异性[J]. 中国地震,1996, 12(2):202-208. Shangguan Zhiguan. Difference of Precursory Changes of the Deep-Seated and Shallow Origin in Gases Before some Earthquakes[J]. Earthquake Research in China, 1996, 12(2):202-208.

[13] 王成善，邓斌，朱利东，等. 四川省青川县东河口地震遗址公园发现温泉及天然气溢出[J]. 地质通报, 2009, 28(7):991-994. Wang Chengshan, Deng Bin, Zhu Lidong, et al. Discovery of Hot Spring and Nature Gas Exposure Spots in Donghekou, Qingchuan County, Sichuan Province, China[J]. Geological Bulletin of China, 2009,28(7):991-994.

[14] 杜乐天. 自然灾害可能的深部流体肇因[J]. 地学前缘, 1996, 3(3/4):298-305. Du Letian. Natural Disasters Possibly Cause the Deep Fluid[J]. Geoscience Frontiers, 1996, 3(3/4):298-305.

[15] 黄润秋. 汶川地震地质灾害研究[M]. 北京: 科学出版社,2009:944. Huang Runqiu. Geohazard Assessment of the Wenchuan Earthquake[M]. Beijing: Science Press, 2009:944.

[16] 刘树根, 罗志立, 赵锡奎, 等. 龙门造山带-川西前陆盆地系统形成的动力学模式及模拟研究[J]. 石油实验地质, 2003, 25(5):432-438. Liu Shugen, Luo Zhili, Zhao Xikui, et al. Study on the Dynamic Mode and Its Simulation in the Formation of Longmen Mountain-West Sichuan Foreland Basin System, China[J]. Petroleum Geology & Experiment, 2003, 25(5):432-438.

[17] 刘树根, 罗志立, 曹树恒. 一种新的陆内俯冲类型: 龙门山型俯冲成因机制研究[J]. 石油实验地质, 1991, 13(4):314-323. Liu Shugen, Luo Zhili, Cao Shuheng. On the Mechanism of a New Type of Intracontinetal Subduction: The Longmenshan Subduction[J]. Petroleum Geology & Experiment, 1991, 13(4):314-323.

[18] 地质部四川省地质局第二区域地质测量队. 中华人民共和国区域地质测量报告:1∶20万广元幅:下册[R]. 北京:中国科学院地质与地球所资料室,1966. The 2nd Regional Geology Survey Team, Geology Bureau of Sichuan. Chinese Geological Survey Report:1∶200 000:Guangyuan Sheet[R]. Beijing: Geology and Earth Reference Room of the Chinese Academy of Sciences,1966.

[19] 四川省地质局第二区域地质测量队. 中华人民共和国区域地质测量报告:1∶20万绵阳幅图. 北京: 中国科学院地质与地球所资料室,1970:41. The 2nd Regional Geology Survey Team, Geology Bureau of Sichuan. Chinese Regional Geological Survey Report:1∶200,000 Mianyang Sheet[R]. Beijing: Geology and Earth Reference Room of the Chinese Academy of Sciences,1970:41.

[20] 四川省地质局. 中华人民共和国区域地质调查报告(地质部分):1∶20万茂汶幅、灌县幅[R]. 北京: 中国科学院地质与地球所资料室，1975: 159. Geology Bureau of Sichuan. Chinese Regional Geological Survey Report:1∶200 000 Maowen Sheet, Guanxian Sheet[R]. Beijing: Geology and Earth Reference Room of the Chinese Academy of Sciences, 1975:159.

[21] 田继军 姜在兴，李熙, 等. 川西前陆盆地上三叠统天然气富集规律与有利区带预测[J].石油天然气学报,2008, 30(1)：26-31. Tian Jijun, Jiang Zaixing, Li Xi, et al. Upper Triassic Gas Accumulation Rulesand Prediction of Beneficial Area in West Sichuan Foreland Basin[J]. Journal of Oil and Gas Technology,2008, 30(1):26-31.

[22] 刘树根，李国蓉，李巨初，等. 川西前陆盆地流体的跨层流动和天然气爆发式成藏[J]. 地质学报, 2005, 79(5): 690-699. Liu Shugen, Li Guorong, Li Juchu, et al. Fluid Cross Formation Flow and Gas Explosion Accumulation in Western Sichuan Foreland Basin, China[J]. Acta Geologica Sinica, 2005, 79(5): 690-699.

[23] 徐锡伟，闻学泽，叶建青,等. 汶川Ms8.0地震地表破裂带及其发震构造[J]. 地震地质2008, 30(3):597-629. Xu Xiwei,Wen Xueze, Ye Jianqing, et al. TheMs8.0 Wenchuan Earthquake Surface Ruptures and Its Seismogenic Structure[J]. Seismology and Geology, 2008, 30(3): 597-629.

[24] 李志强, 袁一凡, 李晓丽,等. 汶川8.0特大地震破坏特征初步研究[J]. 地震地质, 2008, 30(4):855-876. Li Zhiqiang, Yuan Yifan, Li Xiao1i，et al. Preliminary Research on the Characteristics of theMs8.0 Wenchuan Earthquake Hazard[J]. Seismology and Geology, 2008, 30(4):855-876.

[25] 邓全,邱有前. 四川省煤层气资源概况及勘探开发前景评述[J]. 四川地质学报, 2004, 24(1):9-12. Deng Quan, Qiu Youqian. Coal Bed Gas Resources and Their Exploration Perspective in Sichuan[J]. Bulletin of Sichuan Geology, 2004, 24(1): 9-12.

[26] 王庭斌.中国气田的成藏特征[J]. 石油与天然气地质,2003, 24(2):103-110. Wang Tingbin. Reservoiring Conditions of Gas Field in China[J]. Oil and Natural Gas Geology, 2003, 24(2):103-110.

[27] 刘树根,徐国盛, 李巨初, 等. 龙门造山带:川西前陆盆地系统的成山成盆成藏动力学[J]. 成都理工大学学报:自然科学版, 2003, 30(6):559-566. Liu Shugen, Xu Guosheng, Li Juchu, et al. A Study on the Dynamics of Mountain-Building, Basin-Formation and Natural Gas Pool Formation in the System of Longmen Mountains and West Sichuan Foreland Basin, China[J]. Journal of Chengdu University of Technology: Science & Technology Edition, 2003, 30(6):559-566.

[28] 蔡希源，杨克明. 川西坳陷须家河组致密砂岩气藏[M]. 北京: 石油工业出版社, 2011:88-91. Cai Xiyuan, Yang Keming. The Gas Pool at Close Sands of Xujiahe Group at West Sichuan Depression[M]. Beijing: Petroleum Industry Press, 2011:88-91.

[29] 王震亮，孙明亮，张立宽，等. 川西地区须家河组异常压力演化与天然气成藏模式[J]. 地球科学:中国地质大学学报, 2004, 29(4):433-439. Wang Zhenliang, Sun Minliang, Zhang Likuan, et al. Evolution of Abnormal Pressure and Model of Gas Accumulation in Xujiahe Formation, Western Sichuan Basin[J]. Earth Science: Journal of China University of Geosciences, 2004, 29(4): 433-439.

[30] 罗啸泉, 宋进. 川西地区须家河组异常高压分布与油气富集[J]. 中国西部油气地质, 2007, 3(1):35-40. Luo Xiaoquan, Song Jin. Distribution Characteristics of Abnormal High Pressure of Xujiahe Formation in the Western Sichuan[J]. West China Petroleum Geosciences, 2007, 3(1): 35-40.

[31] 王道成. 煤与瓦斯突出的地质构造影响因素研究[J]. 煤炭工程,2007 (10):78-79. Wang Daocheng. Research on Coal and Gas Outburst Geological Influence Factors[J]. Coal Engineering, 2007 (10): 78-79.

[32] 陈国保,黄长辉. 芙蓉矿地质构造特征及其对矿井瓦斯突出的影响[J]. 煤炭技术, 2002, 21(9): 7-11. Chen Guobao, Huang Changhui. Research Geological Structure Affected Factors of Coal and Gas Burst at Furong Coal Mine[J]. Coal Technology, 2002, 21(9): 7-11.

[33] 王天有. 高瓦斯地质条件下国道213线友谊隧道施工[J]. 四川水利发电,2007, 26(5): 1-3. Wang Tianyou. Construction at Youyi Tunnel of the 213 Highway Under Highly Methane Enviroment[J]. Sichuan Water Power,2007, 26(5): 1-3.

[34] 四川省地质矿产局. 四川省区域地质志[M]. 北京:地质出版社, 1991:730. Geology Bureau of Sichuan. Sichuan Province Regional Geology[M]. Beijing: Geological Publishing House, 1991:730.

[35] Lecuyer C, Reynard B, Grandjean P. Rare Earth Element Evolution of Phanerozoic Seawater Recorded in Biogenic Apatites[J]. Chemical Geology, 2004, 204(1/2): 63-102.

[36] Mercx W P M, Johnson D M, Puttock J. Validation of Sealing Techniques for Experimental Vapor Cloud Explosion Investigations[C]//American Institute of Chemical Engineers Loss Prevention Symposium.[S.l.]:American Institued of Chemical,1994:1-20.

[37] 岳中琦.汶川地震成因的龙门山断裂带异常高压天然气体力源简述[J]. 岩石力学与工程动态, 2009(2):45-50. Yue Zhongqi. The Source of Energy Power Directly Causing the May 12 Wenchuan Earthquake: Huge Extremely Pressurized Natural Gases Trapped in Deep Longmen Shan Faults[J]. News Journal of China Society of Rock Mechanics and Engineering, 2009(2):45-50.

Features of Craters and Test Results of Ejecta Distributed Above Shuijingyan Rock Avalanche in the Wenchuan Earthquake

Shang Yanjun1, Liu Jiaqi1, Xia Yanqing2, Liu Daan1, Lei Tianzhu2, Zhang Luqing1

1.KeyLabofEngineeringGeomechanics,InstituteofGeologyandGeophysics,CAS,Beijing100029,China2.LanzhouCenterforOilandGasResources,InstituteofGeologyandGeophysics,CAS,Lanzhou730000,China

Scientific interpretations are required for some abnormal phenomena at the XI intensity region of the Wenchuan earthquake: explosion bangs, large size circular pits and far distance flying rock avalanches. During field surveys we found circular pits and ejecta distributed above the Shuijingyan rock avalanche at Beichuan County in June 20, 2008, about one month after the main shock. According to field investigation and lab test results, the fired ejecta around craters are mainly carbonate manganese mixed of corrosion limestone and manganese underground surface. The brown porous ejecta are featured by intensive thermophilic degradation because they had high content of polycyclic aromatic hydrocarbons. If the regional geological conditions and coalbed gas distribution are considered, together with some updated findings of abnormal high content of methane monitored at the depth of central active fault F2during aftershocks, it is inferred that the main shock induced gas explosion, the latter triggered and enhanced some huge scale rock avalanches. The methane is stored within corrosion caves in limestone which interbedded with carbonaceous rocks, and closed fissures near the F2. At the lower wall the local explosions left circular pits and fired eject around the pits, triggered and enhanced the following rock avalanches to fly far distances. The result presented is significant for monitoring the natural gas explosions in great shock and understanding its functions to large scale rock avalanches.

Wenchuan earthquake; crater; carbonate manganese; coalbed gas; thermophilic degradation

10.13278/j.cnki.jjuese.201401201.

2013-07-12

国家“973”计划项目(2010CB732001)；中国科学院重点部署项目(KZZD-EW-05-02)；国家自然科学基金面上项目(41372324)

尚彦军(1967-)，男，研究员，主要从事工程地质科研和教学工作，E-mail:jun94@mail.igcas.ac.cn。

10.13278/j.cnki.jjuese.201401201

P642.22

A

尚彦军，刘嘉麒，夏燕青,等.从水井岩大型滑坡表面高温降解喷出物特征到汶川地震天然气体溢出爆炸模型.吉林大学学报:地球科学版,2014,44(1):230-248.

Shang Yanjun, Liu Jiaqi, Xia Yanqing,et al.Features of Craters and Test Results of Ejecta Distributed Above Shuijingyan Rock Avalanche in the Wenchuan Earthquake.Journal of Jilin University:Earth Science Edition,2014,44(1):230-248.doi:10.13278/j.cnki.jjuese.201401201.