构造地震形成机理探讨

毛松林 蔡欣欣 江敏

摘  要：该文综合分析了断裂构造在地表的展布形态和在剖面上断面的产状、断层带内充填物、地震震源机制解、地下核爆炸地表破坏效应等基础上，提出了“断面凸破”地震成因物理模型假说。基于断面凸破模型，解释了发生在板块内部和板块俯冲带上大小地震的破裂特征，以及地震的孕育和发生过程中所表现出来的众多效应或现象。同时提出了需进一步验证此模型的研究课题。

关键词：断面凸破  地震机理  物理模型

中图分类号：TU457   文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2019）11（a）-0001-03

地震成因理论在防震减灾各个方面均具有基础性、指导性地位。地震成因理论或假说众多，而地震形成机理的物理模型鲜有介绍。我们结合断裂构造特征、震源机制解以及地下核爆炸地表破坏效应等相关研究成果，提出并建立地震形成机理物理模型—断面凸破地震成因物理模型，以期给出一个清晰的地震成因物理图像。

1  断面凸破地震成因物理模型

断面凸破的“断面”指的是断层面，“凸”指的是由于断层面的不平整随之造成断面上岩石的相对凸体，称“断面凸体”，“破”指的是断面凸体受到断层两侧应力集中碾压（压剪作用），产生破裂，随即产生地震。换句话说，断面凸破是指断层面上存在的岩石凸体，受断层应力作用产生破裂，引起地震，这就是断面凸破模型对地震发生机理的一般描述。断面凸体与其断层的形成同步产生，断层形成后，断面凸体便存在于断层的各个部位，位于两个断层面上的凸体和凹区，首尾相连，无论按断层倾向还是断层走向，凸体贯穿于断层始末，如图1初始阶段示意图所示。断面凸体为什么会在断层两盘相对挤压剪切应力作用下产生破裂，随之引起地震呢？首先，这是由于断面凸体阻碍了断层的相对运动，其前端成为应力集中点;其次，断面凸体存在于断层面上，相对断层两盘巨大岩体而言，体积较小，因此，基于以上两个因素，断面凸体的破裂是必然的，如图2断层蠕动阶段示意图、图3地应力集中阶段示意图、图4地震雏形阶段示意图所示。断面凸体相对较小，断面凸破产生的地震就小，相反，断面凸体越大，断面凸破产生的地震就越大，如图5地震阶段示意图所示。断面凸体截弯取直破裂，并从断层面上分离出形似透镜体状的岩体，岩体进一步受力再破裂称为余震，如图6余震阶段示意图所示。

从上述断面凸破原理分析可知，断面凸破本质是，在地应力作用下不平直断层的截弯取直破裂（产生地震），因此，地震是断层演化过程中的产物。板块构造理论及其地壳运动为地震成因提供了动力源，断面凸破地震成因物理模型的认识和观点表现在以下几个方面。

一是对发震断层本质特征的认识。断面凸破模型认为，断层面不平直表现出断层两个面互为凸凹体，其中凸体称断面凸体，是断层盘岩体的一部分，岩性及其力学性质相同。且断面凸体收尾相连，贯穿于断层始末。二是对震源点位置的认识。断面凸破认为断面凸体在断层两盘压剪应力作用下，凸体前端受力最大，应力集中最易破裂（产生地震），即地震起初破裂点——震源位于断面凸体边缘受力最大点。三是地震破裂过程的认识。断面凸破模型认为，断面凸体的破裂产生地震，凸体的截弯取直破裂过程，即一次主震的连续完整序列，凸体受力以截弯取直形式破裂同时被推移，即造成了地震滑移，而此时孕震断裂则几乎不运动，震后调查孕震断裂的活动遗迹，应为地震波引起的同震效应。四是对余震及其产生机理的认识。断面凸破模型认为，余震是由断面凸体破裂并从断层面上分离出来的形似透镜体状的岩体，受应力作用进一步被压剪破裂引起的地震——这时称余震。余震的空间分布限定在形似透镜体的岩体内。

2  断面凸破模型诠释地震的孕育和发生及其部分地震效应

2.1 震后断层活动遗迹

由断面凸体破裂并滑动形成的地震断层，位于地下震源附近，也可能延伸到地表，其明显的特征是断层是新产生的，两盘留有断层擦痕。而震后地表暴露出来的发震断层和其他断层的错动或张开，是由地震断层破裂到地表或地震波传播过程中遇到断层不连续面，造成断层两盘相对运动在地表留下的活动痕迹，应划归为地震效应的一种类型，与地下核爆炸引起的地表断层活动类似。

2.2 余震

凸体以截弯取直形式破裂，被剥离下来的凸体常常呈透镜体状（地表出露的断层破碎带中常见到断层透镜体），暂且称为“地震透镜体”。主震过后，断层两盘继续对地震透镜体碾压，产生相对主震震级较小的、在时间上晚于主震的地震，称余震，并具有以下特征：（1）与主震产生的机理相同;（2）余震与主地震破裂面存在一定的夹角;（3）余震被限定在地震透镜体范围内。

2.3 板块俯冲带地震

大洋中脊深处不断上涌的岩浆形成海底火山，正是洋壳上的岩石凸体，与断面凸体的结构相似，当一个或一排海底山脉被推移到俯冲带的接触面时，大陆板块只有将这些大小凸体“推倒”了，洋壳才能继续俯冲下去，海底山脉被推倒破裂的过程就是地震过程（见图7），由于海底山脉受到大陆板块的阻挡，倒过来看就是大陆板块推挤海底山脉，这种条件下海底山脉的破裂属于张剪性质，这就为张剪性断裂的震源机制解找到了依据（见图8）;环太平洋地震带是否进入到活跃期，决定因素有兩个：一是刚刚进入俯冲带的海底山脉是否密集;二是海底扩张速度是否加快了。

3  结语

断面凸破地震成因物理模型，对于地震成因、地震孕育和发生过程中各种现象及其之间的联系具有较合理地解释，但目前还处于资料的分析和假说阶段，有必要进一步开展不同材料不同尺寸的实验研究、建模并进行数值计算、地震遗迹现场调查以及监测分析地震的完整过程等四项研究工作，完善和验证该理论。

参考文献

[1] 傅征祥，刘桂萍，邵志钢，等.板块构造和地震活动性[M].北京：地震出版社，2009：111-133.

[2] 徐世芳，李博主.地震学辞典[M].北京：地震出版社，2000：302.

[3] 刘博研，史保平.Ms8.1昆仑山口西地震和Ms8.0汶川地震余震序列的时空分布特征和持续时间的对比[J].地球物理学报，2012，55（6）：1942-1951.

[4] 闫伟，彭汉书.静∕慢地震研究现状及意义[J].大地测量与地球动力学，2011，31（S1）：51-56.