浅析构造地震根本力来源

张红波+胡金苗

摘要：目前发生次数最多对人类生活影响最大的地震绝大部分为构造地震，传统上认为构造地震与板块运动有关，是由活动断裂活动产生，构造地震能量主要来源于断层两侧岩体因地壳变形而产生并储集的弹性应变能。笔者认为真正驱使构造地震活动的力不是由活动断裂运动产生，根本来源于使活动断裂运动的能量，该能量可能来自地幔热柱的超临界流体，活动断裂运动只是行为现象，不是本质原因。

关键词：构造地震；活动断裂；能量来源；地幔热柱；超临界流体

1.传统构造地震成因解释

目前从主流观点看，构造地震是由活动断裂突然主动破裂产生，构造地震能量主要来源于断层两侧岩体因地壳变形而产生并储集的弹性应变能，地震能量的释放过程是断裂两侧弹性变形岩体在几秒到几十秒内的突然脆性破裂和扩展，然后再弹性回跳，也就是著名的“弹性回跳假说”。该假说是由美国里德学者对1906年美国旧金山7.8级地震中地表变形变位的研究分析中提出，他认为旧金山地震是北美板块和太平洋板块分界的圣安地列斯断裂的水平突然错动产生。在20世纪60年代建立的全球板块构造动力论的推动下，断裂弹性回跳假说得多数学者的认可。然而从板块运动论方向形成的弹性回跳说并不能合理解释构造地震的临震现象和地震发生过程产生的一些现象。如地磁异常、重力值异常、地电和热异常现象等。

2.构造地震临震及发震特征——以汶川地震为例

构造地震往往在震前和震时会出现许多异常现象。研究表明，2008年四川汶川发生的MS8.0级地震，地震破裂持续时间120秒左右，破裂时间过程显示汶川MS8.0级地震由几次子事件组成，主要能量在20s-80s释放。地震发生瞬時天空变昏变黑，大范围山体岩体发生破坏性粉碎并伴有大量气体喷溢、爆炸及闪光。地震发生时，在汶川震中莲花心沟北头出现三声巨大闷响，数秒钟后，大量闪着火光的石流从半空中抛射往东面的牛眠沟，有大量黑烟产生，空气中可嗅到强烈的硫磺味。另外张元生等研究发现，2008年汶川Ms8.0级地震震发生于青藏地块与四川盆地地块的缝合部位的龙门山断裂，临震前热异常主要分布于断裂带及其以南区域，在断裂带的中北段热异常现象更加明显，特征周期约15天，震前特征功率谱幅值是近3年来的大值，约为平均值的10倍，地震发生于大幅值即5月1日后的第11天。热异常现象在2008年4月25日异常明显，主要分布于发震断裂带及其南部区域，热异常持续至5月底，之后向微观震中区收缩，直到6月底热异常现象消失。除了临震前会出现热异常现象外，陈运泰等通过对海城地震和唐山地震重力值对比研究发现，重力会伴随地震而变化，并且变化量远比地面高程变化所能引起的重力变化大，重力值在临震前会大幅度上升。根据陈运泰等的研究分析，地震临震前重力值异常上升可能与地壳和上地慢内的质量迁移有关，认为所观测到的重力值变化大部分是由地下物质质量迁移引起的。

3.构造地震根本力来源——以汶川地震为例

构造地震临震发震时的现象，单纯从板块构造角度解释，无法得到合理的结论。许志琴等在“汶川地震和科学钻探”一文中针对汶川地震成因提出诸多科学性问题，其中最注意的一个问题是“地下流体在地壳的浅源地震中发挥着重要作用，地下流体是怎样决定着地震的孕育、发生、停止的过程”。HiLL R.I.等根据流体动力学研究指出，大型地幔柱顶冠之上的最大隆升量可能达到500m～1000m，热源物质连续上升到一个较强的轴部管道，可以增加与地幔柱侵位伴生的最后的上隆量。分析认为即使在地幔柱到位之前处于缓慢伸展状态，地幔柱顶冠上产生的多余力并不能使地壳裂解，除非地壳已经变热或地幔柱顶冠向上传输热量充分，并很大程度上改变了上覆地幔及地壳的流变特征。这个时间范围似乎可与下地壳到其熔融点的时间相对比，即15Ma-40Ma。该研究分析表明了为何裂解总是沿着相对年轻的造山断裂带，即与典型的年轻地壳共生的岩石圈愈薄愈弱，使地幔柱上隆加剧。HiLL R.I.的研究进一步说明了震级较大的构造地震为何多发生于深大活动断裂带附近。车用太等在“地壳流体对地震活动的影响与控制作用”一文中证实了地壳一定深度处存在流体，这些流体在地球的形成与演化过程中发挥着重要的作用，在很大程度上控制着岩浆作用、变质作用、沉积成岩作用、成矿作用甚至板块作用与构造作用等。张西娟等研究表明活动断裂带中存在大量流体，可能来源于深源岩浆排出的流体或幔源流体。流体在断裂带中的运移速率和方式受断裂带的结构影响，同时流体与围岩及断层岩发生的压溶等作用也对断裂带强度、应力的分布等产生影响并可能导致地震的发生。吕庆田等对青藏高原形成演化的地球动力学模式研究表明，在100km以下的上地幔出现规模较大的低速体，层析结果发现在羌塘和临近汶川地震发生断裂带的松潘一甘孜地块的上地幔中存在一巨大的低速体，分析认为可能是因地幔剥离引起的上升地幔热柱。笔者根据地质研究中的反演分析，由现象到本质综合解释，汶川地震活动的根本动力可能源于地幔热柱上升的超临界流体。临震前地幔热柱的超临界流体在顶冠处蓄集，地下流体发生质量迁移，导致临震区域出现重力值异常上升及热异常现象，超临界流体迁移运动，产生大量含电荷物质，在临震前和地震时区域电磁场会发生变化。地幔热柱继续向上传递超临界流体，达到压力临界点促使薄弱活动断裂带处发生裂解运动，沿裂解带地下超临界流体的温度及压力值骤降，超临界流体相变为气体状态，体积膨胀，发生相变爆炸现象，产生构造地震。

4.构造地震中短期监测方法

震级大的构造地震会直接影响到人们正常生活，综合研究分析表明，地幔热柱的超临界流体多沿深大活动断裂带向地表喷爆，使活动断裂重新运动。在超临界流体向上运移的过程中，同时发生物质的质量迁移，来自地幔热柱的热能量继续向上传递，临震区域会出现热值异常现象。此外超临界流体的迁移，会同时产生大量电荷物质，临震区域的电场会产生明显变化。根据构造地震临震现象，我们可以对活动断裂等所在区域的重力值变化重点监测；通过静止卫星的红外仪器对重点区域的热异常现象进行监测；通过在重点区域设置测电磁仪器监测区域内电场的变化情况，此外还有氡气值监测等方法。综合多种监测方法对重点区域监测，可有效提高构造地震中短期监测的准确度。endprint