陳立德 付虹 張翔 胡小靜

摘要：簡(jiǎn)述彈性回跳學(xué)說、板塊構(gòu)造模型及巖漿活動(dòng)型地震等地震力學(xué)成因的現(xiàn)有觀點(diǎn)，并對(duì)其進(jìn)行了討論。通過分析唐山震區(qū)的殼幔深部結(jié)構(gòu)、前兆異常時(shí)空演化等資料，進(jìn)一步論證了唐山地震力學(xué)成因?yàn)閹r漿活動(dòng)的觀點(diǎn)。在此基礎(chǔ)上對(duì)唐山地震前兆機(jī)理進(jìn)行了研究，指出巖漿活動(dòng)既是該地震發(fā)生的成因，也是各類前兆異常的成因，它們是巖漿活動(dòng)這枚硬幣的兩面。最后指出只有正確認(rèn)識(shí)地震和前兆的成因，才有可能用前兆資料對(duì)地震三要素做出較好的預(yù)報(bào)。

關(guān)鍵詞：地震前兆;巖漿活動(dòng);地震成因;地震預(yù)報(bào)

中圖分類號(hào)：P315.1文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1000-0666（2019）01-0001-10

0引言

1976年7月28日，河北唐山發(fā)生了7.8級(jí)強(qiáng)震，震中位于華北北部的環(huán)渤海地區(qū)，該區(qū)自1966年邢臺(tái)7.2級(jí)地震后，被列為未來幾年可能發(fā)生強(qiáng)震的重點(diǎn)監(jiān)視區(qū)。因此，1967—1976年，在唐山及其鄰近地區(qū)先后開展了人工及天然地震測(cè)深、大地電磁測(cè)深、大地測(cè)量和流動(dòng)重力測(cè)量等工作，同期還先后建設(shè)了較密集的地電、地磁、地應(yīng)力、地下流體等定點(diǎn)觀測(cè)臺(tái)站。唐山地震后多家研究機(jī)構(gòu)對(duì)唐山地震的深部結(jié)構(gòu)、構(gòu)造等進(jìn)行過多次探測(cè)和研究，許多學(xué)者利用這些資料，做了大量的研究工作，提出了一些獨(dú)到的地震理論觀點(diǎn)，如巖漿侵入導(dǎo)致地震（曾融生，1985，1988，1991），唐山地震殼內(nèi)高導(dǎo)層的形成與地殼深部富鹵流體的富集和封存有關(guān)（徐常芳，2003）等。唐山地震讓地震工作者獲得了從震中到外圍、從地表到地幔最全面的觀測(cè)資料。利用這些資料可以開展從震中到外圍，異常開始時(shí)間、幅度和范圍等方面的前兆異常時(shí)空演化特征研究，這些研究與震源力學(xué)成因和前兆機(jī)理密切相關(guān)。本文主要使用唐山地震、云南地震活動(dòng)、實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果等資料，再次討論地震的力學(xué)成因，巖漿活動(dòng)力學(xué)、熱應(yīng)力、前兆機(jī)理等方面問題。

1地震力學(xué)成因現(xiàn)有觀點(diǎn)簡(jiǎn)述

地震力學(xué)成因問題是地震預(yù)報(bào)研究最基礎(chǔ)、最根本的問題。符合客觀實(shí)際的地震力學(xué)成因理論，可較圓滿和合理地解釋地震的時(shí)空分布、前兆異常和時(shí)空演化等特征。下面簡(jiǎn)述現(xiàn)有幾種地震成因說法。

1.1彈性回跳學(xué)說

將斷層活動(dòng)作為地震成因的思想，最早于19世紀(jì)由澳大利亞地質(zhì)學(xué)家休斯提出，小藤根據(jù)休斯學(xué)說（宇津德治，1990），討論了日本1891年濃尾地震，現(xiàn)場(chǎng)考察發(fā)現(xiàn)了地震產(chǎn)生的根尾谷斷層崖。

1906年4月18日美國(guó)舊金山圣安德烈斯斷層發(fā)生8.3級(jí)大地震，美國(guó)地質(zhì)學(xué)家里德根據(jù)沿?cái)嗔?00多千米范圍內(nèi)發(fā)生滑動(dòng)和地震前后三角測(cè)量結(jié)果，提出了彈性回跳理論（張肇誠(chéng)，張煒，2008）。但歷史上許多日本學(xué)者并沒有接受該理論，其理由之一為震源區(qū)的破裂一定比單純的一個(gè)破裂面（斷層）的錯(cuò)動(dòng)更為復(fù)雜;另一理由為里德假設(shè)的應(yīng)變積累過程對(duì)斷層兩側(cè)塊體長(zhǎng)期逆向運(yùn)動(dòng)缺乏合理說明（宇津德治，1990;張肇誠(chéng)，張煒，2008）。

2011年3月11日日本東海發(fā)生9級(jí)巨震，據(jù)媒體報(bào)道日本地震協(xié)會(huì)稱該地震系海山崩塌所致，海山系指海底古火山，但并未提及與板塊或斷層活動(dòng)有關(guān)。

1.2板塊構(gòu)造模型學(xué)說

板塊構(gòu)造模型認(rèn)為，完整堅(jiān)硬的巖石圈馱載在地幔軟流圈上，在洋脊處被上涌的地幔熱流產(chǎn)生的海底擴(kuò)張力，向兩側(cè)推擠，最終消失在大陸邊緣深海溝處。板塊的相對(duì)運(yùn)動(dòng)只局限在巨大的板塊邊界附近，塊體間的相互摩擦?xí)l(fā)地震和板塊變形。該模型也為彈性回跳理論斷層兩側(cè)塊體運(yùn)動(dòng)的力源做出了解釋，因此彈性回跳理論在我國(guó)地震界曾被廣泛認(rèn)可。

Aki（2009）根據(jù)板塊構(gòu)造模型提出，假設(shè)地球巖石圈由脆性上地殼、韌性下地殼和上地幔3層組成，并總體上承受著板塊驅(qū)動(dòng)力。他認(rèn)為構(gòu)造穩(wěn)定區(qū)之所以穩(wěn)定，是因?yàn)槠湎虏康捻g性層變形速率低，反之亦然。據(jù)此他提出，加載到巖石圈上的力，將引起下地殼和上地幔穩(wěn)態(tài)蠕滑，因此只要巖石圈的三層耦合在一起，那么下部韌性層的蠕滑變形將引起上地殼脆性層的應(yīng)力積累，進(jìn)而發(fā)生地震。

1.3巖漿活動(dòng)型地震學(xué)說

陳立德和付虹（2014）研究了唐山地震重力、地溫等前兆資料和地震測(cè)深資料，顯示唐山震區(qū)地殼內(nèi)存在低速逆轉(zhuǎn)層，即有巖漿熱物質(zhì)存在。同時(shí)發(fā)現(xiàn)唐山極震區(qū)宏觀烈度等震線呈共軛狀分布的特征。地震時(shí)，極震區(qū)熟睡的人、器物、房頂被高高拋起，睡時(shí)頭朝東、震后頭朝西等現(xiàn)象均顯示唐山地震時(shí)有強(qiáng)大的垂直向上沖擊力作用等。據(jù)此提出唐山地震力學(xué)成因?yàn)樯畈繋r漿活動(dòng)的結(jié)論，并將其稱為巖漿活動(dòng)型地震。

1.4其他類型地震學(xué)說

對(duì)于100多千米以下震源的深震，宇津德治（1990）先后提出了固體間的相變、剪切熔融和塑性蠕變的不穩(wěn)定成因機(jī)制等。

2地震力學(xué)成因討論

綜上所述，淺源地震的力學(xué)成因理論可歸納為兩類：一類為彈性回跳和板塊構(gòu)造學(xué)說，這兩種學(xué)說都主張塊體運(yùn)動(dòng)是在大區(qū)域水平力作用下，邊界斷層兩側(cè)塊體作相向水平運(yùn)動(dòng)，當(dāng)斷層閉鎖段阻止其運(yùn)動(dòng)，并積累應(yīng)力應(yīng)變，且應(yīng)力應(yīng)變積累到或超過閉鎖段強(qiáng)度極限時(shí)，塊體沿?cái)鄬影l(fā)生快速滑動(dòng)或破裂，即發(fā)生地震。簡(jiǎn)言之，這兩種學(xué)說都認(rèn)為，地震是在大區(qū)域水平力作用下，由斷層活動(dòng)引起的，以斷層活動(dòng)為中心。另一類為巖漿活動(dòng)地震成因?qū)W說，該學(xué)說認(rèn)為殼內(nèi)巖漿囊或巖漿柱垂直上涌沖擊力（勢(shì)能）或溫差熱應(yīng)力（熱能），達(dá)到或超過上覆及周圍巖層極限強(qiáng)度時(shí)，深部巖層突然快速破裂，即發(fā)生地震。該學(xué)說認(rèn)為，地震是在巖漿沖擊力、溫差熱應(yīng)力等局部熱能、勢(shì)能作用下發(fā)生的，是地震引起地表破裂或先存斷裂再活動(dòng)，以巖漿活動(dòng)為中心。

經(jīng)典地質(zhì)學(xué)理論認(rèn)為，深大斷裂是巖漿活動(dòng)的通道，因此深大斷裂上發(fā)生的地震也可以是巖漿活動(dòng)型地震。

國(guó)外學(xué)者對(duì)非洲、澳洲、北美洲和南美大陸的地震進(jìn)行分析后認(rèn)為，有些地震沿著與海岸線平行的原始脆弱帶分布，很可能是基性巖漿沿脆弱帶有限區(qū)域短時(shí)間快速遷移的結(jié)果（曾融生等，1985）。2018年墨西哥8.0級(jí)地震后不久，震中附近就發(fā)生火山噴發(fā)，這也可作為該地震與巖漿活動(dòng)有關(guān)的證據(jù)。

2.1巖漿涌入及附近熱源的熱應(yīng)力場(chǎng)分析

2.1.1巖漿涌入的熱應(yīng)力場(chǎng)分析

圖1為地幔高溫巖漿熱物質(zhì)涌入地殼后殼內(nèi)熱應(yīng)力場(chǎng)的分布情況（曾融生等，1988）。圖1a是假設(shè)熱物體自莫氏面向地殼內(nèi)涌入深度為5km，設(shè)左上方長(zhǎng)條為深度12km的斷層，它與熱物體中心距離為19km，中心溫度比周圍溫度高600℃。上述條件下附加熱應(yīng)力產(chǎn)生的主張、主壓及剪應(yīng)力分布，分別如圖1b，c所示。

圖1b顯示，熱物體底部莫氏面附近的水平方向主壓應(yīng)力最大，主張應(yīng)力最小，且方向近于直立;再往上，壓應(yīng)力逐漸減小，張應(yīng)力逐漸增大，方向發(fā)生旋轉(zhuǎn)，到地表附近與地表平行的水平方向張應(yīng)力達(dá)最大，頂?shù)字g的中間部位似一中性面，該面以下為壓應(yīng)力區(qū)，以上為張應(yīng)力區(qū)。圖1c為熱物體產(chǎn)生的附加剪應(yīng)力分布情況圖。

曾融生等（1988）對(duì)計(jì)算時(shí)所設(shè)介質(zhì)物性條件未作介紹，如果將巖漿涌入?yún)^(qū)周圍介質(zhì)設(shè)為均勻介質(zhì)，則與唐山震區(qū)實(shí)際條件相差甚遠(yuǎn)，因此該結(jié)果只能作定性參考。

2.1.2附近熱源產(chǎn)生的溫差熱應(yīng)力分析

唐山震區(qū)位于渤中隆起西北緣，滄東梯度帶的東北端。渤中隆起Moho面埋深28～30km，2km深處地溫高達(dá)80℃～90℃，500℃居里面埋深為14～16km。隆起區(qū)Moho面埋深較北部山區(qū)變淺10km左右，而地溫卻增高30℃，震源深度20km附近，渤中隆起地溫比北部山區(qū)高約200℃～300℃。滄東隆起也是地?zé)岙惓^(qū)。因此唐山震區(qū)地殼介質(zhì)受渤中隆起和滄東梯級(jí)帶2個(gè)熱源影響。

張之立（1985）將溫度變化區(qū)簡(jiǎn)化為圓形、狹長(zhǎng)橢圓形變模式，分別求其解析解計(jì)算熱應(yīng)力場(chǎng)。兩種模式都表明：增溫區(qū)邊緣地帶是熱應(yīng)力的高值帶，同時(shí)具有最大水平剪應(yīng)力和周向張應(yīng)力;兩個(gè)熱源對(duì)唐山震區(qū)引起的熱應(yīng)力相互疊加。若溫度變化50℃和10℃，會(huì)分別引起60MPa和12MPa左右水平剪應(yīng)力變化。因此張之立（1985）認(rèn)為，唐山地震主要力源為附加熱應(yīng)力作用的結(jié)果。目前還不能判別，巖漿活動(dòng)引發(fā)地震，是巖漿上涌的勢(shì)能為主，還是溫差熱應(yīng)力為主。唐山7.8級(jí)、灤縣7.1級(jí)兩次主震震源深度均為22km，其后5級(jí)左右余震震源深度均為10km左右，以此可以判定發(fā)生在巖漿囊（柱）頂部及其附近的地震，可能以巖漿上涌勢(shì)能為主，發(fā)生在頂部以下較深部位的地震可能以溫差熱應(yīng)力為主。

2.2對(duì)彈性回跳學(xué)說的質(zhì)疑

（1）1966年邢臺(tái)6.8級(jí)地震至今，中國(guó)境內(nèi)已積累了200多次震例研究報(bào)告。大量資料表明，很多地震的主余震空間分布與極震區(qū)烈度等震線形狀成龜殼狀或共軛十字交叉分布，而不是沿地表斷層呈線性分布，這是“斷層活動(dòng)引起地震”無法解釋的。

（2）有的地震震中區(qū)深淺部均無斷層。1997年1月至1998年8月，新疆伽師地區(qū)共發(fā)生6.0～6.4級(jí)地震9次，5.0～5.5級(jí)地震10次。其中有2次6級(jí)以上地震發(fā)震時(shí)間間隔僅1分9秒，在10km范圍內(nèi)共發(fā)生7次6級(jí)以上地震。地震后張先康、劉啟元等先后對(duì)震區(qū)作了地震反射/折射、地震臺(tái)陣三維深部地殼結(jié)構(gòu)探測(cè)，發(fā)現(xiàn)震區(qū)地表及深部均無斷層，因此也無法用彈性回跳學(xué)說解釋（蘇迺秦，王海濤，2003）。

（3）1970—1993年，云南普洱地區(qū)發(fā)生6.0～6.8級(jí)地震達(dá)7次，其中5次（71%）地震震中位置集中在半徑10km左右范圍內(nèi)，被稱為“地震窩”，窩內(nèi)5次地震震中距僅為5～10km，2次窩外地震，距窩內(nèi)地震最近距離分別為20km和30km。窩內(nèi)兩次地震間隔時(shí)間分別為1.2，2.3，3.5和13.9a。類似于普洱地震呈窩狀叢集發(fā)生的現(xiàn)象并不少見，僅云南還有騰沖、寧蒗等地震窩。

張國(guó)民（2013）研究發(fā)現(xiàn)，中國(guó)境內(nèi)應(yīng)變積累速率可劃分為小于4×10-8/a，（4～8）×10-8/a和大于8×10-8/a低、中、高3檔。破裂應(yīng)變極限速率為10-4/a～10-5/a，一個(gè)地震孕育時(shí)間應(yīng)在幾百年到幾千年之間。

上述普洱地震窩內(nèi)2次地震的發(fā)震間隔時(shí)間，顯然是大區(qū)域塊體緩慢水平運(yùn)動(dòng)積累應(yīng)變能有關(guān)模式無法解釋的。普洱地震窩內(nèi)有一新生代火山，現(xiàn)代火山活動(dòng)已持續(xù)幾百年上千年，因此我們推測(cè)地震窩叢集發(fā)震原因可能與深部巖漿活動(dòng)有關(guān)。

（4）中國(guó)大陸地震多發(fā)生在新生代以來強(qiáng)烈隆起或強(qiáng)烈沉降的青藏高原、華北平原凹陷區(qū)，及東南沿?；鹕?、高溫溫泉活動(dòng)帶上。這些地區(qū)殼內(nèi)溫度高，溫度梯度大，地表斷層很難延伸至10km深度處。如華北盆地?zé)崃鞲哌_(dá)56.16～73.82mW/m2，地震反射探測(cè)資料表明，所有上地殼脆性層斷層，在6km左右處都已消失（曾融生等，1991）;西藏羊八井有幾口不到100m的鉆井，實(shí)測(cè)溫度高達(dá)1000℃～1300℃，推測(cè)10km深度處，溫度已遠(yuǎn)超玄武巖1000℃～1300℃固相線溫度。1972年，羊八井北50km左右的那曲西發(fā)生6.0級(jí)地震，震源深度為15km，顯然它也與斷層無關(guān)。云南騰沖火山區(qū)熱流值高達(dá)118.07mW/m2，地溫梯度達(dá)46.1℃/km（馬宗晉，汪一鵬，2001;皇甫崗，姜朝松，2000）。該區(qū)1976年發(fā)生龍陵騰沖震群，其中5～7.4級(jí)地震12次，震源深度為16～24km，按上述地溫梯度計(jì)算，該深度溫度已達(dá)737℃～1106℃，也分別超過花崗巖和玄武巖固相線臨界溫度。

熱力學(xué)基本理論表明，物質(zhì)的力學(xué)、電磁、狀態(tài)等性質(zhì)，隨溫度的變化而變化，地表斷層在地溫梯度高的地區(qū)，有理由懷疑它是否能延伸到10km左右的深度。如曾融生等（1985）分析研究河北反射地震波探測(cè)資料后指出，河北邢臺(tái)、唐山凹陷的正斷層，只能延伸到地下5～6km深度。

2.3巖漿活動(dòng)型地震學(xué)說的實(shí)證依據(jù)

2.3.1巖漿涌入的地殼結(jié)構(gòu)依據(jù)

從圖2可見，唐山震區(qū)下方約15km至Moho面30km左右，有一寬約80km的低速層（陳立德，付虹，2014;曾融生等，1985;梅世蓉，1982;劉昌銓，楊建，1983）。同一范圍大地電磁測(cè)深資料顯示，在20km左右該低速層的電性顯示為低電阻率特征，電阻率僅為5～10Ω·m，其上、下地層的電阻顯著升高至102～103Ω·m和104～105Ω·m（張國(guó)民，2013;劉國(guó)棟，1984a，b）。陳立德和付虹（2014）將該低速層稱為地殼內(nèi)的黑煙囪;曾融生等（1991）認(rèn)為，地震波速的降低，既可能是因物質(zhì)成分的變化，也可能為溫度增高物態(tài)變化為液態(tài)，考慮到低速層的形態(tài)，他認(rèn)為局部溫度異常產(chǎn)生局部低速區(qū)的可能性最大;徐常芳（2003）認(rèn)為巖漿作為熔融電介質(zhì)，電阻率比固體巖石低很多;馬宗晉和汪一鵬（2001）在研究騰沖火山時(shí)，發(fā)現(xiàn)火山區(qū)下方巖漿囊即為低速異常區(qū)，且在深度20～100km處存在一個(gè)低速柱。

圖3為唐山震區(qū)Moho面附近地震波速度結(jié)構(gòu)圖，圖中最上方水平橫線為NW—SE剖面測(cè)線上的人工放炮點(diǎn)及坐標(biāo)點(diǎn)編號(hào)。由圖可見，唐山主震以東15km下方，地震波速8.0km/s地幔頂部分界線，出現(xiàn)一不連續(xù)的缺口，兩側(cè)Moho面埋深相差約3～5km，缺口ES方向Moho面埋藏較深，為32～37km，而WN方向則較淺，僅為31～34km，為Moho面向上隆起區(qū)。Moho面缺口區(qū)，可能為Moho面下方上地幔頂部熱液熔融物質(zhì)向下地殼侵入形成殼內(nèi)低速層的入口。圖2中地殼內(nèi)15km以下的低速體，即與此有關(guān)。

2.3.2巖漿涌入的重力、地溫異常依據(jù)

巖漿涌入還與重力和地溫有關(guān)，具體表現(xiàn)如下：

（1）重力值增高。1976年唐山7.8級(jí)地震前，經(jīng)唐山震中區(qū)的重力測(cè)線分別有北京—天津—山海關(guān)鐵路測(cè)線和北京—三河—玉田—唐山—樂亭公路測(cè)線，兩測(cè)線在唐山的測(cè)點(diǎn)分別為火車站（唐山Ⅰ）和市內(nèi)（唐山Ⅱ），兩者相距約2km（圖4a）。圖4b顯示鐵路測(cè)線若以北京為起點(diǎn)，重力值1971—1975年累計(jì)上升130μgal，震后逐漸降低（圖4b）;1976-03-24—1976-07-03公路測(cè)線共有2次測(cè)值，震前3個(gè)多月唐山震中區(qū)重力值上升了165μgal，震后略有下降（圖4c）。陳運(yùn)泰等（1980）、張國(guó)民（2013）都認(rèn)為，唐山地震重力異?？赡転榈貧ど畈炕蛏系蒯Ｈ谌蹮嵛镔|(zhì)涌入地殼淺部引起，據(jù)異常量級(jí)估算，大約有12.5km3深部物質(zhì)遷入重力異常區(qū)（陳立德，付虹，2014）。

（2）地溫升高。天津市氣象局資料顯示，震前半個(gè)月至1976年7月13日，唐山震中區(qū)及其附近地區(qū)，相對(duì)于周邊玉田、承德、秦皇島、天津、北京、黃驊等地測(cè)點(diǎn)的80cm地溫日差值逐漸增大，震前4天（7月24日）唐山震中區(qū)及附近昌黎的地溫日變率高達(dá)1.1℃，而玉田、盧龍、北京、秦皇島一帶分別僅為0.5℃，0.1℃（圖5）。

天津氣象局多年資料顯示，大氣、日照等變化對(duì)80cm地溫影響僅為0.1℃～0.3℃。

熱力學(xué)第二定律表明，熱傳導(dǎo)只能由高溫物體向低溫物體傳導(dǎo)，且不可逆。熱傳導(dǎo)有分子、熱輻射和熱物質(zhì)遷移等多種方式，分子熱傳導(dǎo)速度慢、后兩種最快。地殼深部溫度高于淺部，地表地溫升高顯然是深部熱物質(zhì)上涌經(jīng)孔隙、裂隙、破碎帶、斷裂帶等途徑以熱輻射、熱物質(zhì)遷移的方式傳到淺部，引起地溫升高的結(jié)果。這是唐山震區(qū)下方有巖漿涌入的又一有力證據(jù)。

2.3.3巖漿涌入的其它依據(jù)

（1）地電阻率降低異常。地電阻率觀測(cè)臺(tái)站記錄資料顯示，1970—1972年地電阻率較平穩(wěn)，1972年底開始出現(xiàn)下降異常，主要特點(diǎn)為：異常首先從震中開始，后陸續(xù)向外擴(kuò)展，至1975年下半年形成了以唐山為中心，EW長(zhǎng)300km，NS寬100km的異常區(qū)。異常持續(xù)時(shí)間在震中及其附近長(zhǎng)達(dá)2.5年，在震中外圍僅幾個(gè)月。異常幅度在震中及其附近達(dá)2.5%，從震中向外至北京地區(qū)已衰減至無異常（圖6，7）（張國(guó)民，2013）。

（2）地下水位升降異常。京津唐地區(qū)地下水位觀測(cè)井大多封閉性好、干擾小，圖8列出了7口井的有關(guān)資料（張國(guó)民，2013）。由圖可見，唐山天津一帶地下水位異常開始時(shí)間為1972年底，與地電阻率異常開始時(shí)間相似;震中區(qū)地下水位以下降為主，震中外圍北京地區(qū)異常出現(xiàn)較晚，多開始于1976年2—3月以后，且均為上升異常。

（3）地磁垂直分量異常。對(duì)比華北地區(qū)地磁垂直分量測(cè)值，地磁異常開始于1975年7月，異常幅度最大時(shí)段為1976年3—4月（圖9）（張國(guó)民，2013），震中區(qū)附近昌黎一帶地磁垂直分量異常幅度最大達(dá)15nT，震中外圍至北京一帶減小至7nT左右，到更遠(yuǎn)的河北石家莊、紅山、山東濟(jì)南一帶則無異常（張國(guó)民，2013）。

綜合地電阻率、地下水位、地磁垂直分量等觀測(cè)資料可見，唐山地震前其異常開始和持續(xù)時(shí)間、幅度等特征，均顯示震中區(qū)異常開始早、持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)、異常幅度大等特征，異常范圍最遠(yuǎn)達(dá)距震中300km。

2.3.4地震與火山噴發(fā)前兆極為相似的依據(jù)

陳立德和付虹（2014）指出，火山噴發(fā)前1～2年和幾天至幾個(gè)月類似于地震的中期和短臨時(shí)段，火山口附近觀測(cè)到的宏觀、地形變、重力、電磁、氣體等異常與地震中、短期前兆異常極為相似。

地形變方面，1944年日本北海道珠火山噴發(fā)前0.5～2年，附近農(nóng)田出現(xiàn)緩慢隆起，并向北移動(dòng);1983年俄羅斯勘察加火山噴發(fā)前2年，火山口附近垂直位移達(dá)100mm;1967年美國(guó)夏威夷火山噴發(fā)前2年，巖漿房深約2～3km，2年內(nèi)在水平面內(nèi)移動(dòng)過10次，遷移距離1～2.5km;1986年11月日本伊豆大島火山噴發(fā)前1年多，山頂垂直形變下降約19mm。

重力場(chǎng)方面，1982年日本櫻島火山噴發(fā)前2年，重力值由5μgal增至100μgal，據(jù)推算，1975—1982年火山區(qū)質(zhì)量增加約（2～3）×1011kg。

日本伊豆、長(zhǎng)崎等火山噴發(fā)前10天、30天和90天左右，觀測(cè)到地傾斜、電阻率、地磁等測(cè)值出現(xiàn)急劇變化等情況。如1986年伊豆火山噴發(fā)前3個(gè)月，地電阻率由1.2Ω·m下降至0.5Ω·m，降幅60%;1991年5月云仙岳火山出現(xiàn)熔巖穹丘的前10天，300～600m范圍內(nèi)地磁總強(qiáng)度增大80nT（李玉鎖等，1998）?；鹕絿姲l(fā)前幾天至3個(gè)月時(shí)段，火山口附近能觀測(cè)到F-，Cl-，S-或SO2，H2S，CO2，He，CO等氣體組分出現(xiàn)突然增多或減少等變化。

火山噴發(fā)前的上述前兆異常，是由巖漿活動(dòng)引起，它與地震前兆出現(xiàn)時(shí)段及形態(tài)特征都極其相似，相似現(xiàn)象必有其相似原因。它為我們推論唐山地震前兆異常與深部巖漿活動(dòng)有關(guān)的結(jié)論，提供了又一依據(jù)。

3唐山地震前兆機(jī)理討論

唐山地震前，震中區(qū)重力場(chǎng)和80cm地溫均出現(xiàn)升高異常，這既是唐山地震前地殼內(nèi)有過巖漿活動(dòng)的證據(jù)，同時(shí)巖漿上涌又是重力、地溫測(cè)值升高的唯一原因。其原因?yàn)椋孩僦挥形镔|(zhì)快速遷入才能引起重力測(cè)值快速上升;②只有融熔流體物質(zhì)才能在殼內(nèi)快速遷移;③只有高溫?zé)嵛镔|(zhì)遷移到地殼淺部，才能引起極淺處80cm地溫出現(xiàn)升高異常。其它電、磁、地下水異常也與震區(qū)巖漿活動(dòng)有關(guān)。電阻率和地磁異常，可能因深部熱物質(zhì)涌入，再經(jīng)孔隙、裂隙、破碎帶、斷層等通道（下稱通道），以熱輻射、熱物質(zhì)遷移等形式傳導(dǎo)熱量，致使巖漿體周圍因巖層溫度升高、居里面抬升而產(chǎn)生巖石電阻率降低、磁性減弱等變化（圖10）。

1.氣液熱物質(zhì)遷移;2.淺層斷層活動(dòng);3.熱輻射;4.地殼變形;

5.巖漿囊;0～12km：上地殼脆性層;12～22km：脆韌性過渡層;

巖漿囊由高溫高壓環(huán)境下的地殼深處，逐漸上升到中上地殼可能發(fā)震的10～20km較淺部位時(shí)，高溫高壓環(huán)境下處于氣液混溶狀態(tài)的液態(tài)氣，因圍壓減小將還原成氣態(tài)。液化氣像沸騰的水一樣會(huì)沖擊巖漿囊，產(chǎn)生地脈動(dòng)、晃動(dòng)等現(xiàn)象。巖漿沖擊地殼脆韌性巖石，在巖石破裂成核的中前期階段其慢破裂會(huì)產(chǎn)生一種低頻、振幅大的長(zhǎng)周期形變波。1986年11月日本伊豆大島火山噴發(fā)后2個(gè)月內(nèi)，經(jīng)常記錄到低頻、振幅大、周期為3.5～7s的一種波，讓人感覺好像地下有一與大島體積差不多大小的一個(gè)巖漿囊在不停地?fù)u動(dòng)（李玉鎖等，1998;陳立德，付虹，2014）。地殼巖層地溫升高，巖石韌性增大，S波速度（VS）降低，會(huì)導(dǎo)致波速比（VP/VS）出現(xiàn)升高異常。

巖漿囊或地幔上升隆起，其上覆地殼巖層、先存斷裂受垂向沖擊壓力、水平拉張力、剪切力等作用，當(dāng)作用力接近上覆巖層強(qiáng)度極限時(shí)，如前面介紹的火山噴發(fā)前的有關(guān)前兆一樣，地表或淺部巖層，將產(chǎn)生不同程度的升降、拉伸、剪切等變形或破裂。在上述力的作用下，巖漿囊上覆及周圍地殼內(nèi)的含水（油氣）層，受到擠壓變形，引起巖層孔隙、裂隙減小或閉合，含水（油氣）層水位會(huì)出現(xiàn)上升、產(chǎn)水（油氣）量增大，甚至出現(xiàn)噴射等異常。若含水（油氣）層受到拉張變形、孔隙、裂隙增大，甚至使它們串通到上、下隔水層，水位就會(huì)出現(xiàn)下降異常（圖11）。

（a）正常水位（b）含水層受力孔裂隙增大至串通上下隔水層水位下降（c）含水層進(jìn)一步受力孔隙、裂隙閉合水位大幅度上升

1976年7月28日唐山地震前，距震中西南向180km的大港油田莊13井的壓力顯著增大，7月上旬為2.4～2.5MPa，于7月下旬增大至3.7～4.0MPa，10天左右增大1.3～1.5MPa（徐常芳，2003）。如果認(rèn)為引起莊13井壓力增大變化（ΔP）的力源，為唐山震區(qū)下方的巖漿上沖力（P）向外傳遞引起，向外傳遞的力隨距離（R）按P/R2衰減，由式ΔP=P/R2，引用前面數(shù)據(jù)估算，所得唐山震區(qū)下方巖漿上沖力大約為45360MPa。利用日本火山噴發(fā)資料估算地下500m深的巖漿壓力約為100MPa，1000℃巖漿快速加熱地下水可產(chǎn)生1000MPa壓力，火山噴發(fā)壓力約為480～570MPa（陳立德，付虹，2014）。

巖漿熱液物質(zhì)沿通道進(jìn)入地表溫泉或冷泉，水溫、離子、氣體組分等測(cè)值會(huì)突然大幅度上升，離子和氣體組分在巖漿中又多呈非均勻分布，加上傳輸通道可能出現(xiàn)時(shí)堵時(shí)通的情況，離子和氣體組分測(cè)值會(huì)出現(xiàn)時(shí)有時(shí)無的巨漲落變化，并顯現(xiàn)出異常持續(xù)時(shí)間不長(zhǎng)的特征。淺層冷水因形變使裂隙與溫泉連通，溫泉水溫會(huì)出現(xiàn)降低異常。

4結(jié)論和討論

本文綜合巖漿活動(dòng)說實(shí)證依據(jù)，主要得到以下兩點(diǎn)認(rèn)識(shí)：

（1）地震屬地學(xué)，地學(xué)是觀測(cè)性很強(qiáng)的科學(xué)。有關(guān)它的理論、模型、假說都應(yīng)能接受實(shí)際觀測(cè)資料的檢驗(yàn)和證實(shí)。

唐山地震震中下方15km至地殼底部存在一寬約80km的低速層，深部20km左右存在低電阻層。低速層、低阻層均可被認(rèn)為是高溫融熔巖漿層;地幔速度結(jié)構(gòu)資料顯示，唐山震區(qū)下方地幔8.0km/s速度界面有一不連續(xù)缺口，該缺口被認(rèn)為可能是地幔頂部巖漿庫中熱液融熔物質(zhì)涌進(jìn)地殼的入口。

因此唐山震區(qū)地殼、地幔的速度結(jié)構(gòu)資料可以證明，唐山地震的力學(xué)成因是因巖漿活動(dòng)所致，是典型的巖漿活動(dòng)型地震。

（2）巖漿活動(dòng)既是地震發(fā)生的原因，同時(shí)也是各類前兆測(cè)值出現(xiàn)異常的原因。因此可以說地震和前兆異常是巖漿活動(dòng)這枚硬幣的兩面，有著密切的聯(lián)系。

巖漿上涌受阻處是上覆巖層發(fā)生破裂的震中區(qū)，它既是應(yīng)力集中的力源區(qū)，又是熱源區(qū)。區(qū)內(nèi)各類前兆測(cè)值異常出現(xiàn)早，持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)、幅度大，向外逐漸減弱等特征，符合力學(xué)、熱力學(xué)近強(qiáng)遠(yuǎn)弱、近大遠(yuǎn)小的有關(guān)理論。

地震預(yù)報(bào)要建立在大量震例研究的基礎(chǔ)上，遵循創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)原則，采用新概念、新理論、新技術(shù)，預(yù)報(bào)水平才有希望得到提高。

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Abstract Thispapergivesanoverviewonsomemainresearchresultsobtainedinthecauseofearthquakemechanics，includingtheelasticreboundtheory，platetectonicsmodelandearthquakescausedbymagmaticactivity.ByanalyzingofthedeepcrustmantlestructureandthetemporalandspatialevolutionofprecursoranomaliesoftheTangshanearthquakezone，weidentifiedthatthecauseoftheTangshanearthquakemechanicswasmagmaticactivity.Basedonthisviewpoint，weresearchedtheprecursorymechanismofTangshanearthquakeandpointedoutthatthemagmaticactivitywasboththecauseofearthquakeoccurrenceandthecauseofvariousprecursoryanomalies.Theywerethetwosidesofthemagmaactivity.Finally，itwasbelievedthatwecouldusetheprecursorydatatomakebetterpredictionsforthethreeelementsoftheearthquakeonlybycorrectlyunderstandthecausesofearthquakesandprecursors.

Keywords：earthquakeprecursor;magmaticactivity;earthquakemechanics;earthquakeprediction