汶川大地震宏观震中问题的讨论*

乔建平，黄栋，杨宗佶，孟华君，3

(1.中国科学院地表过程与山地灾害重点实验室，四川成都610041;2.中国科学院·水利部成都山地灾害与环境研究所，四川成都610041;3.中国科学院研究生院北京100049)

0 引言

地震微观震中与宏观震中具有不同的概念。地震微观震中是由各地震台记录的地震波到达的初始时间计算得到的震中位置。地震宏观震中是通过地震现场宏观考察，根据地表破坏程度划分等震线后，确定的震中位置。因此对于同一次地震，有可能得到的微观和宏观震中位置就会出现一定差异。地震微观震中通常是以一个点的位置表示，即经纬度震中位置。而地震宏观震中通常是以一个破坏区域范围的位置表示，即区域面积震中位置。如在我国西南地区自1970年以来的几次大地震震中位置确定中，都出现了微观和宏观地震震中的差异性(表1)。

汶川8级地震也不例外，同时出现微观和宏观震中位置的差异性。而且宏观震中的位置比表1中的情况更复杂。汶川地震与表1中的地震有所不同，在地震瞬间触发了前所未有的大规模崩塌滑坡，有的规模甚至达到世界之最。本文通过地震诱发崩塌滑坡的特点，结合地面建筑物破坏状况，提出山地地震宏观震中判别推论，为山地地震宏观震中确定提供一种依据。

1 汶川地震微观震中

2008年5月12 日汶川8.0级地震发生后，中国地震台网中心、美国国家地震信息中心等机构分别确定了此次地震的发震位置(初始破裂位置)和发震时刻，其中与有些国家提供的数据接近(表2)［2］。

表1 西南地区近代大地震微观和宏观震中统计(据中国近代地震目录［1］)

表2 汶川地震主要震源参数［2］

汶川8级地震微观震中是经国家地震台网综合测定的发震断层初始破裂点位置，即中国地震局公布的31.0°N、103.4°E。这个位置所表明的仅仅是发震断层破裂的起始点，而并不是应力释放最大的位置。从这个破裂点开始向NE方向延展，应力逐渐释放，直到断层破裂连通、应力才完全释放，所以会在汶川NE方向的几个地方出现地表破坏相对更重的结果。根据微观震中位置坐标，可以确定离微观震中地理位置最近的居民点是汶川县漩口镇八角庙村达加山上的桂子坪。距离微观震中直线距离最近的县级城镇是都江堰市，只有21 km，距汶川县反到有56 km，距汶川县映秀镇WS38°方向约11 km，汶川县水磨镇NW11.5°约7.5 km。微观震中地处岷江右岸小支流—古溪沟沟尾附近(图1、图2)。“据当地村民介绍，地震发生后，山上多处断裂垮塌，曾出现了泥浆、异味等现象。还有人声称，那里喷出了岩浆。而现场考察专家一行到达现场后，并没有发现这些现象。放眼望去，达加山附近只有一些小范围的房屋垮塌与山体塌方，完全没有想像中的惨状”［3］。此次地震微观震中的破坏情况与一般地震微观震中破坏规律基本符合。所以汶川微观震中区不是次生灾害严重区域。地震断层的初始破裂点，还不能够产生触发足够规模崩塌滑坡发生的能量。台网设备先收到汶川漩口的地震数据，震级不高，主要是浅源(约2.5 km)地震，破坏较强。但汶川方向的震源迅速扩张，其能量远远大于漩口，震源深度最深为12 km，仍属于浅源地震，故破坏力也大，共持续时长80 s。也就是说，汶川大地震开始于漩口(设备记录)终于北川，震区半径大约50 km，断裂带破裂到北东方向的青川县。地震带长度300 km。最大深度12 km。

图1 微观震中区域位置景观(据新华网新洋)

图2 微观震中古溪沟沟尾(据新华网新洋)

2 确定宏观震中的方法

宏观震中是地表实际破坏最严重的区域，这个位置往往不一定是狭义上的一个点，可以是一个区域范围，即极震区。同时也可以认为，极震区的中心位置就是宏观震中位置。从这个位置区(极震区)再按照不同程度的地表破坏类型标准，可以确定出不同程度等级的破坏区域，即宏观地震烈度区。其中，地表建筑物、滑坡、崩塌灾害都是判断地表震害的标准之一。对汶川地震的宏观震中存在多种看法，如黄润秋［4］认为汶川地震应该改为“映秀北川地震”，因为映秀是本次地震的震中，而北川处于地震的主震带上，受灾情况更为严重。南方周末网(2009年)［5］，“野外地质考察发现，汶川大地震的4个宏观震中分别位于:①汶川县映秀镇附近;②彭州市龙门山镇－绵竹市清平乡;③北川县曲山镇－陈家坝乡;④青川县马公乡－红光乡。在这4个极震区内，满目疮痍，房屋垮塌，整个山体被“开肠剖肚”，到处是滑坡、塌方、泥石流;公路、桥梁、电站被毁被埋。山体在痉挛，沟谷在疼痛。蔡山等人认为［6］，最大地震烈度出现在映秀和北川两地周围，为XI度;同一烈度范围宏观分布走势一致(表3)。按此观点，汶川地震应该在映秀和北川各有一个宏观震中，即两个XI度区的中心位置。

李志强认为［7］，汶川地震宏观震中是由汶川地震极震区的2个区块组成，按照一般宏观震中的定义将有2个宏观震中，即映秀和北川宏观震中。其中，映秀段(起于汶川漩口镇，终于绵阳清平乡)，短轴直径为17 km，长轴直径为97 km;北川段(起于北川擂鼓镇，终于平武南坝镇)，短轴直径为15 km，长轴直径为71 km，形成2个宏观震中带。汶川地震宏观震中不再是传统意义上的一个点，而是一组点，甚至可以将汶川地震宏观震中视为映秀和北川两组断续的窄带。鄢家全等认为［8］，1次大地震只定一个宏观震中为宜。如1976年5月发生在云南龙陵地区的7.3级和7.4级地震，尽管都绘有2个极震区，在1983年版的《中国地震目录》和1999年版的《中国近代地震目录》中，也是1次一个宏观震中。他确定的汶川地震宏观震中位于北川附近(31.7°N，104.20°E)与微观震中(31.0°N、103.4°E)的差距达110 km。

综上观点，汶川地震的宏观震中存在1个、2个、4个的确定方法。但无论那一种方法，都可以看出汶川地震的微观震中与宏观震中之间具有一定差距。根据中国地震局公布的汶川地震烈度图［9］，作者认为将汶川地震的宏观震中确定为2个比较合理，即映秀极震区宏观震中和北川极震区宏观震中(图3)。汶川地震极震区(Ⅺ度区)面积约2 419 km2，以汶川县映秀镇和北川县县城为两个中心呈长条状分布。其中，映秀极震区(Ⅺ度区)沿汶川－都江堰－彭州方向分布，长轴约66 km，短轴约20 km;北川极震区(Ⅺ度区)沿安县－北川－平武方向分布，长轴约82 km，短轴约15 km。对于以山区地貌为主的2个极震区宏观震中，可以根据地震诱发的崩塌滑坡规模和地表建筑物破坏程度，以及几何中心法来确定(修保琨等)［10］。由于汶川大地震发生在高、中、低山皆有的地貌山区，无论诱发的崩塌滑坡数量和规模远远超过有记载以来的地震事件。所以在确定宏观震中时，选择参考地震诱发崩塌滑坡特点，结果将会更准确。

图3 汶川地震烈度图(据中国地震局)

2.1 映秀极震区宏观震中区

2.1.1 牛圏沟莲花芯宏观震中

汶川县映秀镇何家山牛圏沟蔡家杠村附近的一个叫“莲花芯”的山顶，在该极震区内，地表建筑物破坏最严重的区域是映秀镇，而地震瞬间诱发最大规模的崩塌滑坡均在牛圏沟莲花芯山上。莲花芯山体约500多万m3的崩塌滑坡体以每秒约400 m的速度越过莲花芯沟，从山顶被抛甩到1 km外的牛圈沟，形成规模巨大的碎屑流，进入牛圈沟后又沿沟滑行2.5 km，将牛圈沟完全填平，堆积体高出原沟床平均50 m。全过程仅用了不到10 s的时间。充分显示了地震瞬间在此产生的巨大破坏能量之所在(图4、图5)。在映秀极震区范围内，除地表建筑物破坏情况外，都江堰和彭州两市发生的地震瞬时型崩塌、滑坡都没有牛圈沟滑坡的规模大，运动距离远，破坏力强。因此将牛圈沟确定为映秀极震区的宏观震中是合理的，其坐标位置:31.045 6°N，103.455 6°E。牛圈沟宏观震中距与微观震中距相差较小仅有3.9 km。

图4 牛圈沟滑坡遥感影像图

图5 牛圈沟莲花芯滑坡碎屑流

2.1.2 极震区几何宏观震中

从极震区映秀向NE方向延伸，包括都江堰市、彭州市北部均地震烈度XI度范围，形成一个椭圆条带。采用几何中心法［10］，将映秀极震区视为66×22 km的椭圆体，可以求出几何宏观震中位置(31.08°N、103.6°E)与微观震中相差为26 km。几何宏观震中的位置应该位于都江堰北西与汶川北东交界处。几何震中与牛圈沟宏观震中相差为21.1 km(图6)。

图6 汶川地震极震区宏观震中图

2.2 北川极震区宏观震中区

2.2.1 北川老县城宏观震中

北川老县城是汶川地震损失最为严重的地区。地震瞬间诱发的规模不等的崩塌滑坡对老县城建筑物造成了毁灭性的破坏。从建筑物集中破坏的程度和财产损失、人员伤亡情况，以及滑坡崩塌分布密度评价，北川老县城应该成为北川极震区的宏观震中位置。同时在北川县城西南方向的安县北部和绵竹市北部相邻处，地震瞬间同时诱发了体积约5亿m3的目前地球上规模最大的大光包滑坡和体积约5 000万m3韩家大坪的滑坡(图7、8、9)，这些地震滑坡的触发能量已远远超过北川县城王家岩滑坡的触发能量。但将地面建筑物破坏程度与巨大型滑坡分布距离相结合，确定宏观震中为老县城中心地带是合理的，其坐标位置:31.863 7°N，104.361 0°E。与微观震中相差达128 km(图6)。

2.2.2 极震区几何宏观震中

从极震区北川Ⅺ度区向NE、SW方向延伸，均为地震烈度XI度范围，形成一个椭圆条带。沿安县－北川－平武方向分布的82×15 km椭圆体，同样方法求出几何宏观震中(31.928 1°N、104.522 7°E)与微观震中相差为149 km。几何宏观震中的位置仍位于北川境内。北川老县城宏观震中与北川几何宏观震中相差17 km(图6)。但几何宏观震中与大光包滑坡和韩家大坪滑坡的距离比北川老县城宏观震中更远，所以不符合地震能量释放的规律。

图7 北川极震区发震断裂影像图(据JAXA)

图8 安县大光包滑坡后壁(据成都理工大学)

图9 绵竹市文家沟韩家大坪滑坡堆积体

3 汶川地震宏观震中位置

根据中国地震局公布的结果(见图3)，汶川地震的震中烈度达Ⅺ度，以汶川映秀镇和北川县城为两个中心位置。确定这2个宏观震中的主要参考依据是地表建筑结构的破坏程度。但从图6可见，如果采用几何震中为宏观震中位置，2个震中点位置都分别与地震诱发的巨、大型滑坡距离较远，不能完全反映地震破坏能量的影响。同样距微观震中的距离也相对较远。所以，作者认为应该以地面建筑物破坏和诱发滑坡规模相结合，判定映秀镇牛圏沟及北川老县城为本次地震的2个宏观震中位置。以这2个宏观震中为中心点，可将汶川地震的10个极重灾区县市从空间划分为2个主要影响范围区(表4、见图6)。

表4 汶川地震宏观震中统计数据

4 结论

(1)汶川大地震的微观震中与宏观震中同西南地区已发生的7级以上大地震一样，也具有一定差异，但此次地震在同一次断裂带上出现2个I0≥XI的极震区。从宏观地表破坏的特点判断，应该存在2个宏观震中。

(2)根据汶川大地震山区的地质地貌环境条件，以及地震诱发的前所未有的大规模崩塌滑坡特点，采用地震崩塌滑坡与地表建筑物破坏相结合的分析法和极震区几何中心确定法判定了2个宏观震中的位置。判断结果，前一种方法更符合客观情况。其中映秀极震区宏观震中位于:31.045 6°N、103.455 6°E;北川极震区宏观震中位于:31.863 7°N、104.361 0°E。

(3)宏观震中位置的确定有利于进一步认识地表破坏与地震能量释放的规律，为防御次生地质灾害提供参考。

(4)文中的判别方法仅仅是定性分析，没有定量评价的效果。该方法的可靠性还有待于进一步提高。

［1］中国地震局震害防御司．中国近代地震目录(公元1912年－1990年Ms≥4.7)［M］．北京:中国科学技术出版社，1999:224－410.

［2］赵翠萍，郑勇．汶川8.0级地震科学研究报告［M］．北京:地震出版社，2009:1－14.

［3］四川在线－天府早报．“牛圈沟”可能是“5－12大地震”震中［EB/OL］．(2008－08－04)［2011－11－11］．http://news．qq.com/a/20080804/000706.htm．

［4］国土资源新闻网．四川政协副主席倡议汶川地震更名映秀北川地震［EB/OL］．(2008－05－20)［2011－11－11］．http://news．sina．com．cn/c/2008－05－20/185315581137.shtml．

［5］嵇少丞．血的教训不应淡忘——写在汶川大地震一周年之际［EB/OL］．(2009－05－14)［2011－11－11］．http://www．infzm．com/content/28331/1.

［6］蔡山，张景发，陈文凯，等．利用遥感资料绘制汶川地震烈度图方法研究［J］．大地测量与地球力学，2009，29(1):128－35.

［7］李志强，袁一凡，李晓丽，等．对汶川地震宏观震中和极震区的认识［J］．地震地质，2008，30(3):765－776.

［8］鄢家全，李金臣，俞言祥．论宏观震中及快速估定方法［J］．震灾防御技术，2010，5(4):399－417.

［9］中国地震局震灾应急救援司．汶川8.0级地震烈度分布图［EB/OL］．(2008－08－29)［2011－11－11］．http://www．cea．gov．cn/manage/html/8a8587881632fa5c0116674a018300cf/_content/08_08/29/1219979564089.html．

［10］修保琨，丁幼文，赵其强，等．地震地质学［M］．北京:地震出版社，1982:291－316.