1. 北京市青少年科技俱乐部－－科普报告
2008.10.12 北京
巨大地震与青藏高原生长
付碧宏 研究员
中国科学院地质与地球物理研究所

2. 付碧宏,男, 籍贯四川成都,中国科学院地质
与地球物理所研究员,博士生导师
1984-1988年： 兰州大学地质系,理学学士
1988-1991年： 中国科学院研究生院,理学硕士
2000-2003年：日本静冈大学, 理学博士
2003-2005年：日本学术振兴会特别研究员
2005年4月 中国科学院海外优秀人才回国工作
主要从事遥感地质、地震地质研究工作

3. Everest 8844.43 米
问题的提出 ？ （珠穆朗玛峰）
1. 为什么世界的最高山
峰会出现在青藏高原？
K2 8611 米
（乔戈里峰）

4. 2. 为什么亚洲的最大河
流都发源于青藏高原？

5. 3. 这些出现在青藏高原的自然现象
与大地震有什么关系吗？

6. 此次发生在青藏高原龙门山的汶川八级
大地震为我们探索上述问题提供了一些
线索

7. 报告提纲
一、汶川大地震
一、汶川大地震
二、巨大地震
二、巨大地震
三、青藏高原
三、青藏高原
四、巨震与高原生长
五、讨论

8. 一、汶川大地震

9. 汶川地震的基本信息

10. 14:28 May 12th, 2008, a magnitude (Ms) 8.0 !!!

11. 5.12 汶川大地震
地震断层： 300 km
地震断层
Mo = 0.9356 x 10**21 Nm (Mw 7.9)
( Ms= 8.0, 中国地震局)
持续时间： T = 120 sec
持续时间
(strike, dip, rake) = (229, 33, 146)
震中位置: (Lat. = 31.099 Lon. = 103.279,
depth= 12-18 km)
(USGS, 2008)

12. 影响的地区之大
2008 Sichuan earthquake

13. 地震地质灾害范围之广
5·12汶
川8级大
地震是新
中国成立
以来破坏
性最强、
涉及范围
最广、救
灾难度最
大的一次
地震。

14. 地震地质灾害危害严重——人员
汶川地震人员伤亡惨重。
截至8月7日，遇难69222
人，失踪18176人，受伤
374638人。

15. 地震地质灾害危害严重——建筑物
倾斜 倾斜坍塌
倒塌、严重损毁和损毁房屋涉及450万户，1000余万人无家可归
整体坐落 粉碎性崩溃

16. 地震地质灾害危害严重——交通
道路中断 桥 桥梁坍塌
梁
坍
塌
摧毁22万公里道
路，2900多座桥
梁倒塌，27个隧
道受损，交通线
瘫痪。
路基坍塌

17. 地震地质灾害危害严重——堰塞湖
肖家桥堰塞湖
王家山
堰塞湖
摧毁3个
村庄，
死亡
600余人

18. 地震地质灾害危害严重——崩滑流
崩塌
滑
坡
滚石
北川县王家岩滑坡是使北川
旧城变为废墟的主要原因，
直接掩埋1600人。

19. 抛射型滑坡——青川东河口滑坡
宽：200～600 m
长：2500 m
面积：1.09 km2
体积：1250 万m3
掩埋：260 人

20. 地震地质灾害危害严重
地震地质灾害群发性特点 唐家山滑坡堰塞湖
长(顺河)：803m
宽：612m
高：83m
体积：2037万m3
库容：3.16亿m3
转移：20万人
灾 地震－滑坡－堰塞湖
害
链 地震－崩滑－泥石流

21. 地震地质灾害危害严重
灾害环境下重大工程的安全问题十分突出
该区为我国主要水电基地，强地震对水库及大坝工程结
构的安全性具有强烈影响
以汶川地震为例：导致四川391座水库出现险情。有135
座水库告急，18座水库濒于坍塌

22. 汶 风光旖旎
川 中
之 华
殇 之
殇 满目疮痍
截至六月二十
八日，重灾区
面积达10万平
方公里，四川
省直接经济损
失超过10000亿
元人民币。

23. 小 结
汶川地震造成的地质灾害具有
“一大三性” 的特点
规 模 大
区 域 性
群 发 性
突 发 性

24. 思 考
为何汶川地震
造成如此严重的地质灾害?

25. ● 一是印度板块向亚洲板块俯冲，造
成青藏高原快速隆升。
高原物质向东缓慢流动，在高原东缘沿龙
门山构造带向东挤压，遇到四川盆地之下
刚性地块的顽强阻挡，造成构造应力能量
的长期积累，最终在龙门山北川－映秀断
裂突然释放。

26. ●二是逆冲挤压兼右旋型断层地震。
发震构造是龙门山构造带中央断裂带，在挤压
应力作用下，由南西向北东逆冲运动；这次地震
属于单向破裂地震，由南西向北东迁移，致使余
震向北东方向扩张；挤压型逆冲断层地震在主震
之后，应力传播和释放过程比较缓慢，可能导致
余震强度较大，持续时间较长。

27. ● 三是浅源地震
汶川地震不属于深板块边界的效
应，发生在地壳脆——韧性转换带，震
源深度为10km——20km，因此破坏性巨
大

28. ● 四是高山峡谷地貌发育
龙门山地区地处青藏高原东缘与四
川盆地交接部位，内外动力作用强烈，
高山峡谷地貌发育，滑坡、崩塌、泥石
流等次生地质容易发生。

29. 汶川地震发生的地球动力学机制
A possible geodynamic model

30. 二、巨大地震

31. 地震基本知识
地震就是通常所说的地动，它是地壳运动
的一种常见表现形式. 在地壳运动过程
中，地壳的不同部位受到挤压、拉伸、旋
扭等作用，在地应力聚集较大的部位,岩石
突然发生破裂，引起地面的震动现象.
全球每年发生地震约500万次，其中人们能感觉到的3
级以上地震约有5 万次，能造成破坏的5级以上的地震
约有1000次，而7级以上的有可能造成巨大这
灾害的大地震约有10多次.

32. 地震

33. 弹性回跳理论
未变形岩石
受力至弹性极限
地震
应力释放回跳

34. 史上著名照片－旧金山地震导致的篱笆墙错位

35. 2001年昆仑山地震导致的河流的左旋错位

36. 地震的类型
按地震发生的成因不同,可将地震分为构造地震、
火山地震、塌陷地震、诱发地震等。
构造地震——主要是由于地质构造活动造成地下岩层断
裂错动引起的地震。这类地震为数最多，破坏力也最强，
约占全球地震的90%以上，几乎所有的强烈地震都属于构造
地震。
火山地震——由于火山活动时岩浆喷发冲击或热力作用而
引起的地震。这类地震一般强度较小，其数量约占全球地
震的7%左右。
塌陷地震——由于地层陷落（矿井下塌等）引起的地震称
为塌陷地震。塌陷地震的发生主要由重力引起，释放能量
与造成的破坏远比构造地震要小。
诱发地震——因地壳外界因素诱发而引起的地震，叫诱发
地震。如地下核爆、陨石坠落、油井灌水、水库蓄水等。

37. 基本概念：震源、震中与震中距等
震中 地球表面
震源深度
震源
震 源：指地球内部发生地震的地方（实际上为一区域）；
震源深度：将震源视为一点，此点到地面的垂直距离，称为震源深度；
震 中：震源在地面上的投影点（区域），称为震中区；
极 震 区：地面上受破坏最严重的地区，称为宏观震中；
震 中 距：从震中到地面上任何一点，沿地球表面所量得的距离。
（来源: 中国地震信息网）

38. 基本概念：地震震级与地震烈度
地震震级：根据地震仪测得的地震波振幅，来表示地震释放能量大小的一种量度。有两种
标度形式：体波震级（里氏震级）和面波震级；
地震烈度：地震烈度是指地面及房屋等建筑物受地震破坏的程度。对同一个地震，不同的
地区，烈度大小是不一样的。距离震源近，破坏就大，烈度就高；距离震源远，
破坏就小，烈度就低。 小于三度：人无感受，只有仪器能记录到；三度：夜深人
静时人有感受；四-五度：睡觉的人惊醒，吊灯摆动；六度：器皿倾倒、房屋轻微
损坏；六-七度：房屋破坏，地面裂缝；九-十度：房倒屋塌，地面破坏严重；十-
十二度：毁灭性的破坏地震时地面受到的影响或破坏程度；
等 震 线：地面上相同烈度点的连接线。 （来源: 中国地震信息网）

39. 里氏（Richter）震级的确定
Ms=logA+2.76logΔ-2.48
目前，由于地震观测技
术的发展，观测仪器的
不同，所用确定震级的
公式形式上与上述公式
相近，但系数P、Q、R
依地震记录仪器的不同
而不同：
Ms=PlogA+QlogΔ+R
这里：A为仪器记录地震
P（或S）波的最大振
幅， Δ为台站震中距

40. 地震学领域一些伟大科学家
地震学家古登堡-Beno Gutenberg
核幔边界（古登堡面）的发现者
中国地震学家－张衡
地震学家查尔斯·里克特 –
地震学家莫霍洛维奇-Mohorovicic Charles Richter
地壳与地幔边界（莫霍面）的发现者 里氏震级的发明者

41. 古登堡面（Gutenberg）
1914年，美国学者古登堡(Gutenberg)发现地下2900公里处
存在地震波速的间断面，首先是发现距震中11500－16000公里
的范围内存在地震波的阴影区，解释为存在地核，其次是传播
速度发生了明显的变化，纵波存在一次由13.6千米/秒突然降
低的截面，而横波则突然消失了。后证实这是地核与地幔的分
界层，该不连续面称为古登堡面。
莫霍面（Moho）
南斯拉夫地震学家莫霍洛维奇(Mohorovicic)1909年研究萨拉
布地区一次地震时发现在地下33千米处地震波的波速发生了明
显的变化，由原来的6－7千米/秒突变到8千米/秒，说明组成
物质明显不同。持续研究发现，这一界面具有全球性，并经证
实是地壳和地幔的分界线。因此，该不连续面称为莫霍面。莫
霍面在大陆地区深度约在20－70公里左右，大洋地区7－8公
里。

42. 地震P波
类似于空气中传播的声波
纵波（P波）速度 地壳内6 km/s
（弹性地球介质） 地幔内 8 km/s
地核内11 km/s
大地震发生时，震中附近的人们首先会感觉到一个强
烈的上下颠簸形式的震动，这就是地震P波的作用。

43. 地震S波
横波（S波）速度 地壳内 4 km/s 地幔内 4.5 km/s
（弹性地球介质） 外核 0 内核 3.5 km/s
人们在感觉到一个上下颠簸的P波震动之后，会有一个短暂的停顿，然后会是
一个更加猛烈的水平摇动，持续的时间也相对长一些，大多数房屋在上下颠簸
变“酥”之后，便在水平摇晃中进一步毁坏倒塌，这就是地震S波的作用。
同时，每个人都可以通过估算中间短暂停顿的时间长度，来简单判断这个地震
距离自己的远近，方法是：用8乘以停顿时间秒数，即为距离公里数，例如：
如果估计到停顿时间为20秒，那么地震震中距离自己大约为160公里。（但
是，绝大多数人在惊慌失措中，对停顿的时间判断会有很大的误差）

44. 地震面波
特大地震发生之后，如果其震源很浅，在地震S波之后，会有一个速度略小于S
波，大约为S波速度0.9倍的面波紧随其后，沿着地表传播，由于面波的衰减比
体波要小，所以能够传播得更远，时间持续得更长，地震面波的传播特征，某
种程度上可以类比于海面上的波浪传播，既有上下震动，又有水平摇晃。
这次汶川特大地震，远离震中的地方，例如北京高楼上的人们可以感觉到明显
的既上下又水平的震动与摇晃，部分人群会有眩晕的感觉，便是这种地震面波
作用的结果。

45. 全
球
震
中
分 地震观测数据显示：
布 发生于全球的大小地
震的空间分布，并不
图 是均匀分布的，这些
地震绝大部分发生在
板块的边界上。

46. 全球板块边界
图中红色线条，表示的大部分为扩张型与转换断层型边界，
这类边界上发生的地震相对不会很大；特大地震大多数发生
在兰色边界上，既所谓的海沟处级陆陆碰撞处等。

47. 亚－欧大陆地震烈度图

48. 板块边界类型
如同生命体一样，地球板块在洋中脊处诞生，并逐渐随时间（年龄）的增长远
离洋中脊，向板块的海沟边界运动，最终在板块的海沟型边界处，消减灭亡，
从而完成板块从出生、成长、中年到衰老死亡的整个“人生”，这也是太阳系内
地球有别于其它行星的重要标志之一。

49. 中国及其周边板块图

50. 亚洲及相邻地区地震带

51. 中国地震灾害的分布
1900～2004年地震震中分布( >5级)示意图
我国地震活
动特点：频
次高强度大
地震灾害涉
及28个省份
死亡59万人
伤残76万人
受灾人口达
数亿人

52. 2001年11月14日昆仑山Ms8.1级大地震
(左旋走滑型地震)
2008年5月12日四川汶川Ms8.0级大地震
(挤压逆冲型)

53. 走滑断裂带
左旋走滑 右旋走滑
左手 右手

54. 2001年11月14日昆仑山Ms8.1级大地震

56. 2001年昆仑山里氏8.1级大地震产生了430公里长的
地震地表破裂带

57. 2001年昆仑山里氏8.1级大地震产生的
地震地表破裂带

58. 2001年昆仑山8.1级大地震产生的
壮观的地震地表破裂带

59. 2001年昆仑山8.1级大地震产生的
巨大的张裂缝

60. 2001年昆仑山8.1级大地震产生的
左旋错位3-4米

61. 2001年昆仑山8.1级大
地震产生约430 公里
长的地表地震断层--
是世界上陆内地震
产生的最长地震地
表破裂带

62. 2008年5月12日四川汶川Ms8.0级大地震

64. 青 龙门山断裂带
藏
高
原
龙门山
四川
盆地
1.青藏高原周边地形梯度最大的地区
2.逆冲型断层兼右旋走滑
3.低形变速率：2～3 mm/yr
4.地震复发周期长: 2000-10,000年

65. 青藏高原周缘地貌特征
（喜马拉雅－塔里木）
龙门山－四川盆地
（Clark & Royden, 2000）

66. 青藏高原东缘
是高原周边
地形梯度
最大的地区

67. 龙门山断裂带

69. 中国科学院于5月13日
派出了两架遥感飞机
赴灾区进行遥感飞行，
为灾情评估及时提供
大量信息

70. 映秀镇

71. 北川县城

72. 地表挠曲变形

73. 北川县城

74. 北川县城

75. 平通镇

76. 平武县石坎乡

77. 形成约 300 km-长地震断裂带

78. 地震断裂带的分布特征
映秀-北川断裂
~230 km 长地表破裂
地表破裂显示 以挤
压逆冲为主兼有右旋
走滑分量
灌县-安县断裂
~70 km 地表破裂带

79. 汶川地震发生的地球动力学机制

80. 三、青藏高原
青 藏 高 原
印
度

81. 青藏高原是印度与亚洲碰撞 (~5500万年)的产物, 它
是地球上最重要的陆内造山带, 是全世界地球科学家
研究大陆地球动力学的圣地,具有世界“第三极”之称。

82. 青藏高原面积达200多万km2，
平均海拔4500米以上

83. 活动构造十分发育

84. 构
造
变
形
强
烈

85. 青藏高原及其其周边现代地壳作用强烈 （GPS）

86. 内外动力作用显著
50km
地壳隆升
河谷下切 地貌反差强烈，垂直高差达4000m左右

87. 雅鲁藏布江
怒江 澜沧江 龙门山 黄河
金沙江
四川盆地 长江
水系发育

89. 大地震活动主要沿活动断裂带分布

90. 四、巨震与高原生长

91. 为何在青藏高原周缘缘形成如此陡峻的高大山脉?
塔
印 青 里
喜马拉雅
喜马拉雅
木
度
藏
高
原
龙门山
四川盆地

92. 特征大地震是重复发生的
1995年1月17日
神户大地震
1995年之
前的地震
事件

93. 断裂的类型
正断层 逆断层
左旋走滑断层 右旋走滑断层

94. 1931年新疆富蕴8级地震造成14米的同震位错

95. 地
质 水
体 系
出 拐
现 弯
系
统
错
位
地
质
体
的
错
位

96. 2001 年11月14日昆仑山 Ms 8.1级地震

97. 昆仑断裂带近东西向延伸1600公里左右

98. 2001年昆仑山里氏8.1级大地震产生了430公里长的地表
地震破裂带 (Fu & Lin, 2003; Fu et al., 2005)

99. 2001年11月14日的昆仑山里式8.1级地震的地表破裂带

100. 2001年11月14日昆仑山里氏
8.1级地震产生的小水沟系统
错位(3-4米)
IKONOS高分辨率图像 (1米)
显示的昆仑山口以西的
系统错段小水沟

102. 红水河地区的IKONOS图像
显示不同规模水系的系统错位
中等规模水沟错位为
30米；较大规模水沟
错位为50-70米。

103. 走滑断裂带长期大地震活动与地貌生长
走滑断裂带的构造地貌响应-沟谷、山脊
沿昆仑山地震地表破裂 经270米平移恢复后，各类
带发育的系统错位 地貌特征能够较好地吻合。
走滑速率：10 mm/a

104. 走滑断裂带长期地震活动的构造地貌响应-
河流
大河流错位为1200-1400m

105. SRTM地形图像显示昆仑断裂带玛沁-玛曲段的构造
地貌特征.黄河上游在玛曲一带被左旋错位90 km

106. 沿昆仑断裂带的左旋错位构造地貌特征.沿断裂带的
地质体出现最大左旋错位达100-120公里

108. 大河流出现: 80-85 km的大拐弯
大河流出现

109. 沿康西瓦断裂带地质体出现: 105 km的错位

110. 6－8百万年前的水系特征
目前青藏高原三江地
区的水系特征

111. 大约2百万年以来的水系特征
6－8百万年前的水系特征

112. 喜马拉雅山前的7级以上大地震分布特征
伊斯兰堡
青 藏 高原
新德里

113. 喜
马
青藏高原
拉
雅
山
脉

114. 正是由于长期的重复大地震活动
才形成了目前的喜马拉雅山脉
喜
马
青藏高原
拉
雅
山
脉

115. 与挤压逆冲作用相关的构造变形

116. 汶川大地震同震变形
（Okuyama and Fu， 2008）

117. 白水河东林寺观察到的构造地貌特征
长期构造地貌
2008年地震变形带

118. 龙门山中新世以来剥蚀量 （7－9km）
（Xu and Kamp，2000）

119. 重复的大地震活动对龙门山隆升的贡献
中新世以来龙门山剥蚀量为7-9 km
九顶山
（ Xu and Kamp， 2000） 4989米
龙门山的最高海拔为5 km
总隆升量为12-14 km
取平均垂直滑动量5 m，8级大地震的平均复发
周期 3000年，6 Ma以来重复大地震的垂直抬升
量大约可达 10 km，其贡献占80-90%

120. 青藏高原东缘
四川盆地
青藏高原东缘大地震活动与造山作用的模式
A possible geodynamic model

121. 小结
正是由于青藏高原及其周边地块的地壳运动
过程中，大地震活动频繁，长期重复的大地震
活动作用结果，使其的不同部位受到挤压、拉
伸、旋扭等构造作用，造成构造地貌的生长，
形成了今天的地球的“第三极”－－青藏高原
青
藏
高
原

122. 五、讨论

123. 面对如此巨大而复杂的青藏高原，下一步我们
如何深入来研究它呢？

124. 遥感技术为我们研究青藏高原
提供一个强有力的技术手段
青藏高原

125. 研 究 方 法
空间对地观测
技术—3S

126. 研 究 方 法
现场调查与勘探

127. 研 究 方 法
实验室的年代学方法
1. 14C与宇宙核素成因测年
2. 裂变径迹
3. Ar/Ar等时线法
4. 相关沉积物TL法和ESR法
5. 系统磁性地层学法

128. 研 究 方 法
振动台物理模型试验

129. 研 究 方 法
动力学试验

130. 研 究 方 法
力学分析

131. 研 究 方 法
大型数值模拟试验
f9
加速度输入
f5
f2
数值模型
速度时程输出

132. 中国汶川5.12 Ms 8.0级大地震
--地震地质灾害图集
付碧宏 王萍 孔屏 时丕龙
地震出版社

133. 对青藏高原的研究仍然还有许多未知的
问题等待我们去研究和探索…….
? ?
?

134. Still A Long Way …….

135. 2008年5月12日14时28分
让我们永远铭记这一刻，愿逝者安息，生者坚强！
汶川大地震中 87000多人遇难…….

136. 明天会更美好

137. 谢 谢！