汶川MS8.0地震北川附近同震和震后垂直位移特征＊

董运洪罗三明 韩月萍 陈长云

（中国天津300180中国地震局第一监测中心）

汶川MS8.0地震北川附近同震和震后垂直位移特征＊

（中国天津300180中国地震局第一监测中心）

利用北川附近震前水准数据，以及2008年和2010年两条一等水准数据，得到了北川附近同震和震后垂直位移量，获得如下结果：北川附近的北川—映秀断裂的同震垂直位移量为4.711 m，断层上下盘最大位错量为5.1 m，然而，位于平武县境内的青川断裂同震位错仅有0.064 m.2008—2010年，汶川MS8.0地震后北川附近的北川—映秀断裂震后垂直位移速率为5—27mm/a，江油县大康镇附近的江油—广元断裂震后垂直位移速率为20.6mm/a，而古城区附近的青川断裂垂直位移速率仅为0.2—1.3mm/a.

汶川MS8.0地震 同震垂直位移 震后垂直位移 水准测量 北川

Abstract：Co－and post－seismic vertical displacements of the Wenchuan MS8.0 earthquake，derived from pre－seismic leveling data and two measurements in 2008 and 2010 along two first－order leveling lines near Beichuan，show the following features：Co－seismic displacement along Beichuan－－Yingxiu fault was as large as 4.711 m near Beichuan，where the maximum observed fault offset was 5.1 m.In contrast，the observed co－seismic offset of the Qingchuan fault in Pingwu County was only 0.064 m.From 2008 to 2010，the post－seismic displacement rate was 5—27mm/a near Beichuan－－Yingxiu fault in Beichuan area，20.6mm/a at Jiangyou－－Guangyuan fault near Dakang，and only 0.2—1.3mm/a at Qingchuan fault near Gucheng.

Key words：Wenchuan MS8.0 earthquake；co－seismic vertical displacement；post－seismic vertical displacement；leveling；Beichuan

引言

2008年5月12日，四川汶川发生MS8.0地震，造成了极其巨大的人员伤亡和经济损失.该地震强度大，波及范围广，灾情惨重，是我国建国以来破坏性最大的一次地震.这次地震主震发生在龙门山中央断裂带上，形成长达300km的地震带，造成巨大的水平和垂直位移（徐锡伟等，2010；李海兵等，2010）.龙门山断裂带是我国西部南北断裂带上的一条规模巨大的主要断裂带，属于巴颜喀拉地块与华南地块西部（四川盆地）之间边界的推覆型活动构造带（徐锡伟等，2008；张培震等，2003）.该断裂带南起四川泸定、天全，向北延伸至宝兴、都江堰，再向东北方向延伸经北川、广元进入陕西勉县一带，全长约500km，宽40—50km，主要由3条断裂组成：自西往东分别为茂汶—汶川断裂（龙门山后山断裂）、北川—映秀断裂（龙门山中央断裂）和江油—灌县断裂（龙门山前山断裂），断裂总体走向N45°E，倾向NW，倾角50°—70°（图1）（Burchfiel et al，2008；焦青等，2008；李传友等，2008）.

图1 汶川地震区域断裂分布图Fig.1 Regional faults（red lines）and epicenter location（red circle）of Wenchuan MS8.0 earthquake

通过地震波反演获得的沿地震断裂面的位移分布和震后地表地震地质调查表明，破裂带南端的映秀镇和中北段的擂鼓镇—北川县城一带的位移量最大.这两个地段可能是能量释放最集中的地方，地震灾害也格外严重，其中北川县城遭到毁灭性破坏（张培震，2008）.

汶川地震后，震间位移（杜方等，2009）和同震垂直位移（Wang et al，2009；董运洪，陈长云，2009；冉勇康等，2010）给出了研究结果，但迄今尚未见对汶川地震北川附近同震垂直位移和震后垂直位移进行综合研究的报道.本文利用北川附近震前水准数据，以及2008和2010年两条一等水准数据，综合研究了北川附近断裂带的同震垂直位移和震后垂直位移特征，这有助于认识北川极震区附近断裂带的同震和震后运动特征.

1 数据来源及处理方法

汶川MS8.0地震发生后，中国地震局在震后组织了“汶川8.0级地震科学考察”.因地震破坏造成都江堰—汶川水准测线水准点大量丢失，无法进行水准测量，故在“汶川8.0级地震科学考察”活动中，于2008年8—9月，仅施测了平武—北川—绵竹（201.8km）和桂溪—江油（35.6km）两条一等水准测线（图2）.这两条测线上也有50%左右的水准点被破坏.例如，平武—北川—绵竹测线，2008年科考水准测量共施测了50个水准点，其中有23个水准点原点位已经被地震破坏，2008年测量重新补埋.施测过程中全部使用德国蔡司厂生产的Ni002A自动安平水准仪及其配套的铟瓦水准标尺，尺台为一等水准测量规范中所规定的铁质尺台，作业时严格遵守《国家一、二等水准测量规范》（中国国家标准化管理委员会，2006）.所使用的仪器、标尺检验项目齐全，各项限差均符合规范要求.平武—北川—绵竹测线的中误差为±0.38mm/km；桂溪—江油测线的中误差为±0.40mm/km.

图2 科考水准测量路线图（2008年）Fig.2 Leveling lines used in this investigation（2008）Thick lines denote active faults；Thin lines mark administrative boundaries；Dots indicate leveling sites

国家测绘局和中国地震局于1983，1986，1987和1997年在北川附近进行了一等水准和二等水准测量工作（Wang et al，2009）.从中国地震局第二监测中心收集到的1983，1986和1997年地震前的水准资料，按2008年科考的测量线路整合为一期，作为这两条测线地震前的资料.

2010年6月中国地震局第一监测中心在四川地区进行了一等水准测量工作，测网基本覆盖了以上两条测线，但没有测量水准点“Ⅱ平白2基上”.平武—北川—绵竹测线的中误差为±0.33mm/km；桂溪—江油测线的中误差为±0.38mm/km.

从图2可以看出，平武—北川—绵竹水准测线横跨平武—青川断裂、映秀—北川断裂和灌县—江油断裂；桂溪—江油水准测线横跨江油—广元断裂.平武—北川—绵竹水准测线正好从北到南穿过北川极震区，这就为分析北川极震区附近断裂带的同震和震后垂直位移提供了极好的资料.

从图2还可以看出，由于受震后道路交通及水准点保存情况的影响，北川附近的水准没有形成测网，只是两条单独的测线，所以数据处理时采用剖面分析的方法.平武（水准点名：Ⅱ平白2基上）—江油（水准点名：云绵12）1983年测量高差为－343.653 m，2008年（震后）测量高差为－343.698 m，下沉45mm.虽然变化明显，但相对同震位移而言变化较小.又因平武是基岩点，所以分析计算同震垂直位移时，以平武为基准参考点.

通过对2008年和2010年一等水准资料的计算和处理，分析了北川附近汶川MS8.0地震的震后垂直变化特征.平武县古城区水准点“Ⅱ平白7”到水准点“Ⅱ平白5”2008年测量高差为－20 567.4mm，2010年测量高差为－20 568.1mm，两次相差0.7mm.这就表明两个水准点在2008—2010年没有明显的上升和下降，相对稳定.因2010年没有测量水准点“Ⅱ平白2基上”，所以分析计算震后垂直位移均以平武县古城区（水准点名：Ⅱ平白7）为基准参考点.

2 垂直位移特征

2.1 汶川MS8.0地震北川附近同震垂直位移特征

以平武（水准点名：Ⅱ平白2基上）为基准参考点，得到了汶川MS8.0地震北川附近同震垂直位移（表1）.

以表1数据，绘制了平武—北川—绵竹同震垂直位移图（图3）和平武—桂溪—江油同震垂直位移图（图4）.图3和图4给出了同震垂直位移沿水准测线的分布特征.为了能在平面位置上直观看出同震垂直位移大小和平面分布特征，绘制了同震垂直位移矢量图（图5），亦即图3和图4的平面图.因上升垂直位移较下降垂直位移大很多，故在图5中上升垂直位移和下降垂直位移采用了不同的比例.从图3、图4和图5可以直观看出，汶川MS8.0地震北川附近同震垂直位移量非常大，主要特征如下：

1）同震垂直位移与断裂带的平面位置展布密切相关，断裂带附近的同震垂直位移非常明显且数值很大，离开断裂带一段距离，同震垂直位移显著减小.表明此次MS8.0地震造成的同震垂直位移沿断裂带分布.

2）映秀—北川断裂带同震上升的点位于断层北西盘（上盘），下降的点位于断层南西盘（下盘）.

表1 汶川MS8.0地震北川附近同震垂直位移Table 1 Co－seismic vertical displacement of Wenchuan earthquake near Beichuan

图5 汶川MS8.0地震北川附近同震垂直位移矢量图Fig.5 Vector presentation of co－seismic vertical displacement of Wenchuan earthquake near Beichuan area

3）平武县境内的平武—青川断裂同震垂直位移不大，断裂上下盘相对垂直位移量为0.064 m.

4）北川县城附近的映秀—北川断裂同震垂直位移巨大，最大同震垂直位移量为4.711 m，断裂上下盘相对垂直位移量为5.100 m.

5）平武县南坝镇附近的北川—映秀断裂同震垂直位移较大，最大同震垂直位移量为1.003 m.

2.2 汶川MS8.0地震北川附近震后垂直位移特征

以平武县古城区（水准点名：Ⅱ平白7）为基准参考点，对2008和2010年的两期资料计算分析，得到了汶川MS8.0地震北川附近震后垂直位移（表2）.

以表2数据，绘制了平武—北川—绵竹震后垂直位移图（图6）和平武—桂溪—江油震后垂直位移图（图7）.图6和图7给出了震后垂直位移沿水准测线的分布特征.为了能在平面位置上直观看出震后垂直位移大小和平面分布特征，绘制了震后垂直位移矢量图（图8），亦即图6和图7的平面图.从图6、图7和图8可以直观看出，汶川MS8.0地震北川附近震后垂直位移主要特征如下：

1）汶川MS8.0地震后北川附近垂直位移以隆升为主要特征.从图6可以看出，平武—北川—绵竹剖面2008—2010年的垂直位移量为10—53mm，年平均隆升速率为5—27mm/a.

2）震后垂直位移沿水准测线的分布特征为：距离北川—映秀断裂近的点隆升较大；北川县城附近的北川—映秀断裂震后两年垂直位移较大（最大隆升为54.4mm）.

3）江油县城北约12km大康镇附近的江油—广元断裂震后垂直位移较大，最大垂直位移量为41.2mm.

4）平武县古城区附近的震后垂直位移很小，年平均垂直位移速率为0.2—1.3mm.

表2 汶川MS8．0地震北川附近震后垂直位移Table 2 Post－seismic vertical displacement of Wenchuan earthquake near Beichuan

图8 汶川MS8．0地震北川附近震后垂直位移矢量图（2008—2010年）Fig．8 Vector presentation of post－seismic vertical displacement after Wenchuan earthquake near Beichuan area（2008—2010）

3 讨论与结论

利用地震前水准资料、2008年“汶川8.0级地震科学考察”和2010年的一等水准资料，计算出了汶川MS8.0地震北川附近同震和2008—2010年震后垂直位移.尽管由于2008年汶川地震造成大量水准点破环和道路损毁不能通行的限制，“汶川8.0级地震科学考察”只有两条水准测线，没有形成水准测网，但也可以得到以下一些认识：

1）同震垂直位移大小与断裂带的平面位置展布密切相关，断裂带附近的同震垂直位移非常明显且数值很大，离开断裂带一段距离，同震垂直位移显著减小.北川县城附近的映秀—北川断裂同震垂直位移巨大，最大同震垂直位移量为4.711 m，断裂上下盘相对垂直位移量为5.100 m；同震上升的点位于断层北西盘（上盘），下降的点位于断层南西盘（下盘）.地震后野外地质调查显示：映秀—北川断裂地震破裂带总体走向NE，倾向NW，以逆冲为主，兼少量走滑（邓志辉等，2008；李传友等，2008）.综上可知，水准测量计算得到的同震垂直位移结果与野外地质调查结果吻合较好，符合逆冲断层运动产生的地壳运动特征.据龙门山断裂带深部构造与动力学模型（图9）推测，北川附近同震垂直位移是汶川MS8.0地震时映秀—北川断裂（龙门山中央断裂）断层北西盘（上盘）挤压逆冲的结果.

图9 龙门山断裂带深部构造与动力学模型（引自杜方等，2009）Fig.9 Deep structure and geodynamic model of Longmenshan fault zone（from Du Fang et al，2009）Red dashed lines denote thrust movements of the low－velocity layer，blue dashed line also denotes thrust movements of the low－velocity layer，but with mass moving to a greater depth，and black solid lines show the location of Longmenshan fault

2）汶川MS8.0地震后北川附近震后垂直位移以隆升为主要特征，2008—2010年的垂直位移量为10—53mm，折算成年平均隆升速率为5—27mm/a.龙门山断裂跨断层流动短水准多年结果表明：四川省龙门山断裂正常垂直位移年平均速率一般约为1mm/a，耿达场地所在的龙门山后山断裂2006年的垂直位移速率为1.53mm/a，2007年的垂直位移速率为2.13mm/a（焦青等，2008）.北川附近2008—2010年的垂直位移年速率是龙门山断裂正常垂直位移平均年速率的数十倍，说明汶川MS8.0地震后北川附近震后垂直位移速率较大，北川附近的映秀—北川断裂（龙门山中央断裂）的活动水平较高.

3）震后垂直位移沿水准测线的分布特征为：距离北川—映秀断裂近的测点，向上垂直位移较大，距离断裂远的测点垂直位移小.汶川地震震后余震序列重新定位研究结果显示，余震主要发生在龙门山中央断裂西侧（黄媛等，2008）；余震主要沿龙门山中央断裂（北川—映秀断裂）分布（赵博等，2011）.这就表明，北川—映秀断裂的构造活动是余震发生的主要原因，水准测量得到的垂直位移沿断裂带分布是北川—映秀断裂活动的直观体现.

4）北川附近震前垂直位移以隆升为主要特征（中国地震局网，2009），震后的垂直位移仍然是继承性的隆升变化.地震探测剖面不仅揭示出横跨龙门山断裂带是地壳厚度的陡变带，同时发现在巴颜喀拉地块内20—25km深度上存在朝北西缓倾并转为近水平延伸的低速层（或电性上的高导层）（王椿镛等，2003；朱介寿，2008；滕吉文等，2008）.该低速层的南东端结束于龙门山中央断裂与前山断裂之间的下方，更深处则是相对高速的中、下地壳（杜方等，2009）.据龙门山断裂带深部构造与动力学模型（图9）初步分析推测，北川附近震后隆升垂直位移，是因为龙门山逆冲断裂带的铲形断层（张希等，2011）延伸至该低速层内部，可能与下地壳的松弛流变引起的增厚膨胀变形密切相关.

审稿专家对本文提出了宝贵的修改意见，在此表示感谢.

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金 星 福建省地震局研究员、博士生导师.1982年北京大学地震地质专业毕业；1989年获中国地震局工程力学研究所硕士学位，1992年获博士学位.主要从事基于强震观测台网的地震预警与烈度速报研究，近断层强地面运动的模拟研究等工作.

董运洪 中国地震局第一监测中心高级工程师.2006年中国地震局地震研究所固体地球物理学专业毕业，获理学硕士学位.一直从事地球重力学、地壳形变及地震预测研究.中国地震学会会员.

喻 畑 中国地震局地壳应力研究所工程地震研究室助理研究员.2007年清华大学结构工程专业毕业，获工学硕士学位；2012年获中国地震局工程力学研究所结构工程专业博士学位.主要研究方向为强震观测及强地面运动模拟.

冯建刚 甘肃省地震局预报中心助理研究员.2005年中国地震局兰州地震研究所固体地球物理专业毕业，获理学硕士学位.主要从事地震活动性和数字地震波资料的应用等方面研究.中国地震学会会员.

孔丽云 清华大学力学专业在读博士研究生.2005年中国石油大学（华东）地球探测与信息技术专业毕业，获工学硕士学位.现主要从事孔缝介质的地震波传播规律及储层预测方法、地震数据重建及去噪等研究.

王惠琳 海南省地震局助理研究员.2011年中国地震局地震预测研究所固体地球物理专业毕业，获理学硕士学位.曾从事地震监测工作.现主要从事地震预测、地震层析成像研究工作.

王 博 中国地震台网中心助理研究员.2008年中国地震局地壳应力研究所地球物理专业毕业，获理学硕士学位.从事地下流体与地震预报方面的研究工作.中国地球物理学会会员.

Co－and post－seismic vertical displacements of Wenchuan MS8.0 earthquake near Beichuan

10.3969/j.issn.0253－3782.2012.05.003

P315

A

杨建华 武汉大学水利水电工程施工与管理专业在读博士研究生.2009年武汉大学水利水电工程专业毕业，获工学学士学位.现主要研究方向为岩石动力学及工程爆破.

中国地震局地震科技星火计划（XH12069）和地震行业科研专项重大项目（200908029）资助.

2011－08－12收到初稿，2012－01－09决定采用修改稿.

e－mail：dongyunh＠sina.com 网络出版时间：2012－08－30 14：20

http：∥www.cnki.net/kcms/detail/11.2021.P.20120830.1420.008.html

董运洪，罗三明，韩月萍，陈长云.2012.汶川MS8.0地震北川附近同震和震后垂直位移特征.地震学报，34（5）：611－－620.

Dong Yunhong，Luo Sanming，Han Yueping，Chen Changyun.2012.Co－and post－seismic vertical displacements of Wenchuan MS8.0 earthquake near Beichuan.Acta Seismologica Sinica，34（5）：611－－620.