地震成因研究＊

李仕宏

(湖北省鄂州市 436003)

地震成因研究＊

李仕宏

(湖北省鄂州市 436003)

提出地球重力場中不平衡地殼固體環壓、環拉定位集中原理新概念。由于這一新概念的確立,關于地殼斜向滑力最大集中量的物質質量來源理論上可以達到純固體地殼全部質量的量級。從而找到了地質演化力源中尚未找到的第一力源。指出在斜向滑力等諸力作用下地球殼、幔中“固、液環流”的存在,論證了基于“固、液環流”的地質演化的 6種地質區型,進而劃定了 9種地震成因的地質界線。

莫霍面陡度;固體環壓;環拉定位集中原理;滑板公式;環流

1 引言

欲求地震成因,應先有正確的地質理論。本文試圖在現有地質理論基礎上簡略建立新的地質理論框架,將地球殼、幔劃分為 6種地質區型,從而分理出 9種地震成因的地質區型界線,為區域地震成因研究奠定基礎。

2 已知的與地質相關的力和量

2.1 地球質量

地球質量被認為是一準定值。故地殼圈層中的重力加速度基本為常數,從地表至地下 70 km深處其值只在 9.81～9.847 m/s2小范圍內變化。

2.2 地表低溫

相對地幔溫度而言,地殼上表面的環境低溫為準定值,即在 0℃上下幾十度小范圍內變化。

2.3 地表低壓

相對地幔壓力而言,地殼上表面環境低壓為定值,即一個大氣壓。

2.4 地殼下表面高溫

地殼下表面處 (莫霍面處)高溫值為 1 000℃。如果認為地球吸熱、制熱與散熱平衡,那么具有較強保溫性能的地殼的下表面處的溫度應該恒定[1]。

2.5 地球體積

地球體積是地球熱量的函數,即

式中V表示體積,Q表示熱量。

如果地球吸熱、制熱與散熱平衡,那么就有地球體積為一定值的結論。

2.6 地殼下表面高壓

地殼下表面處 (莫霍面處)高壓值為 10 000大氣壓[1]。

2.7 垂向自重力

地球物質在各自本處的垂向向心作用力,其數學表達式為:

式中,F表示力,m表示質量,g表示重力加速度。

2.8 巖漿液壓力

巖漿及與之混合的地幔固體物質的自重共同組合成不定形壓力作用。其中含有它們的自重壓、溫度壓、密度壓等。其數學表達式由垂向自重與理想氣體運動方程綜合表出。

式中,ρ表示密度,h表示柱高,g表示重力加速度。

式中 P表示壓強,V表示體積,N表示粒子數,K為玻爾茲曼常數,T表示溫度。若 N KT為常數,則 P與V成反比。

2.9 固體結構力

指固體巖石的凝聚力及其抵抗各種變形的能力。由于固體結構實體可對抗來自各方向的作用力,故在實現力學平衡的過程中該力在其結構所及的限度內可依組合方式幫助任意方向接受或施加力的作用。巖石的結構力決定巖石的抗拉、抗折、抗剪、抗壓等抵抗破壞的能力。其對拉、折、剪、壓的抵抗能力順序可表為:抗拉 ＜抗折 ＜抗剪 ＜拉壓。

固體地殼的結構強度由其整體性、致密性、修造性以及其自有的軟、硬、碎、韌等彈、塑性質綜合決定。

整體性:據認為莫霍面是整體性最強的巖石結構層面,地球的全球封閉性主要是依靠以莫霍面為最完整封閉面的固體地殼的整體性來實現的。

致密性:固體地殼各圈層由于受到重力分異作用及地球內各相對方向的壓力作用而實現各自的致密性,顯然,由地表至莫霍面其致密性隨深度的增加而增強,故固體地殼的結構強度隨深度的增加而增加。所以有:下層地殼可作為上層地殼的滑板,結構弱的上層地殼可在結構強的下層地殼上滑動。這一結論是本文立論的一個重要條件,稱為“滑板條件”。

修造性:固體地殼結構存在破壞與修造機制。一般而言,高溫、運動與增距作用屬破壞因素,低溫與壓力屬修造因素。但高溫同時具有雙重作用,固體遭破壞后的碎塊的高溫重熔是低溫和壓力發揮修造作用的前提和條件。地殼固體結構的破壞速率與修造速率的平衡與失衡決定固體地殼的演化方向。

3 與地質相關的力——地球重力場中(有心力場中)不平衡地殼固體環壓、環拉定位集中原理

3.1 理想的平衡地殼

為了使固體地殼表面不被掩蓋,也為了使高溫、高壓固、液混合不被低溫、低壓固、液混合所混淆,本文暫略去地表液態水的地質作用。同時,為了論證需要,本文對莫霍面給出如下特殊定義：1)莫霍面是地球巖石圈中純固體地殼由上而下的結束面;2)莫霍面是地球巖石圈中含固體和熔融性液體兩種物態共存的上地幔圈層的由上而下的起始面。

本文只將地球考慮為無旋球體。根據地球物理學所稱的“正常地殼厚度”數據,這里假定一個所謂“理想平衡地殼厚度”,這個厚度為 32 km[2]。所謂“平衡地殼”即指：1)全部純固體地殼圈層各處厚度相等;2)全部純固體地殼圈層各處物質組分及結構方式相同而且均勻。如圖 1所示,A、B實線及與其相連的虛線所示的兩球面為界面的中間部分為平衡地殼。無疑,在地球重力場中,平衡地殼物質與上地幔物質是處于力學平衡狀態的。以垂向相對的力為例,參與平衡的力有:垂重向心力,幔液壓離心力和純固體地殼物質的結構力,其中,純固體地殼的結構力又可分為助向心結構力和助離心結構力兩種相反方向的作用力。平衡方程式為:

式中 F幔液壓離心為式 (4)中的 P。

圖 1 平衡地殼、不平衡地殼及地殼三區示意圖(未按比例)FIg.1 Sketch of balanced crust,unbalanced crust and three crust regions

3.2 演化的不平衡地殼

由圖 1A、B全封閉實線所示界面所圍成的中間部分表示演化的不平衡地殼,其中A為莫霍面,B為地殼上表面。由于純固體地殼存在兩方面的不均勻:1)各處結構方式千差萬別;2)相容性程度不同的各元素在各地分布不均勻,故處在部分熔融等物理化學作用條件下統一的平衡地殼不可能存在。力學平衡方程式 (5)必然發生偏離。在地殼結構力(凝聚力)薄弱處或相容性綜合程度較弱處便形成了幔隆,地殼厚度變薄。相比之下,地殼結構力 (凝聚力)較高處或相容性綜合程度較強處便形成了幔坳,那里的地殼比幔隆處厚,其莫霍面所在地勢比幔隆處的莫霍面低。

在幔隆處,地殼垂向相對力學平衡方程式為:

在幔坳處,地殼垂向相對力學平衡方程式為:

力 Y環拉集中助離心及 X環壓集中助向心的來源將由下文給出。在式 (5)、(6)、(7)所表明的垂向相對力學平衡關系中,力與抗力雙方各自遵守“共同出力或受力”規則。例如,在對抗對方來力的作用中,如果有兩個或兩個以上的抗力存在,則由諸抗力共同按組分性質無偏廢地對抗對方來力,從而實現平衡。

至此,可以將地球按地殼及地幔演化的不平衡狀況依地殼厚度。劃分為 3個區域,即殼厚小于 32 km的幔隆區(圖 1C區),殼厚大于 32 km的幔坳區(圖 1D區)和殼厚等于 32 km的平衡地殼厚度區。

3.3 莫霍面的陡度

根據重力區域補償理論,幔坳區的純固體地殼對地幔總保持有一定的插入深度。如果幔坳區純固體地殼中的固體物質質量有增量機制存在,則其對地幔的插入增量與阿基米德浮力原理有相關性。所謂浮力,是定形物質對等量不定形物質實現力學平衡時的體積剩余效應。由于純固體地殼物質與地幔物質密度差額不大 (約為 3.27-2.67=0.6 g/cm3),在扣除地殼結構力作用之后,幔坳區地殼厚度增量中伸出地表的尺度仍然小于插入地幔的尺度。這樣便進一步增加了幔坳區莫霍面與幔隆區莫霍面之間的陡度,即在幔隆區與幔坳區的莫霍面上進一步形成了較陡的滑坡。如果將莫霍面的地質作用與地表地質作用相比,鑒于兩種原因：1)莫霍面在下;2)莫霍面高低陡度大于地表高低陡度。故地表地質作用小于并服從莫霍面地質作用。

3.4 地球重力等勢面

地球的各重力等勢面,是指在地球重力場中以地心為中心,連續以各種距離為半徑的各連續的同心球面。顯然,高處即離地心遠處的等勢面的重力勢高于低處即離地心近處的等勢面的重力勢。等勢面相互之間重力勢的變化是連續的。幔隆區莫霍面的重力勢高于幔坳區莫霍面的重力勢。

3.5 地球重力場中 (有心力場中)不平衡純固體地殼斜滑環壓、環拉定位集中原理及其數學表達式——滑板公式

圖 2 幔坳區滑板“彈簧”受力示意圖ⅠFig.2 SketchⅠof loaded skateboard and‘spring’in the mantle banding area

基于重力等勢面概念,處在地球重力場中的物質都將受到由高等勢面指向低等勢面的重力推動作用。如圖 2及圖 3所示。圖 2表示幔坳區滑板“彈簧”一種受力情形,圖 2中 A表示受到最大擠壓的滑壓力集中區。圖 3表示幔隆區滑板“彈簧”另一種受力情形,圖 3中A1表示受到最大斜滑摩擦拉力集中區。圖 3中 F幔液壓離心及箭頭表示幔液液壓力,液壓在莫霍面下的推張可與莫霍上的摩擦拉張進行相長疊加。另在圖 2和圖 3中 B、C均表示彈性固體地殼,D、E均表示下滑地殼質量,M均表示莫霍面。莫霍面上的純固體物質都按“上層被下層所托”的順序,依托莫霍面附近的高強度固體結構物

圖 3 幔隆區滑板“彈簧”受力示意圖ⅡFig.3 sketchⅡof loaded skateboard and‘spring’in the mantle lift area

質為滑板,在重力作用下,由幔隆處滑向幔坳處。其中任意物質點均可稱為 3點：1)受力點;2)施力點; 3)傳力點。

莫霍面上的純固體地殼物質沿所謂斜向滑板即在下層巖層上滑動規律可由滑板公式進行數學描述。滑板公式由斜滑下壓的滑壓公式和斜滑摩擦的滑拉公式兩公式組成。如果摩擦力為零,斜滑下壓的滑壓公式可表示為：

式中,m表示滑動質量,g為重力加速度,α為滑向與水平面的夾角。F滑壓可分解為垂向和平向兩個分量,即:

圖4 滑壓公式示意圖Fig.4 Sketch of slip-pres formula

斜滑摩擦的滑拉公式可表示為：

同圖 4一樣,AO表示莫霍面,A點表示幔隆處莫霍面,O點表示幔坳處莫霍面。

圖5 滑拉公式示意圖Fig.5 Sketch of slip-pull formula

必須明確,這里的滑板公式所描述的力學場所是涵蓋地球重力場 (有心力場)中的位勢高球面和位勢低球面中的任意點的。所以有如下結論：在地球重力場中(有心力場中),不平衡地殼的勢位高球面圈環中的所有物質都將受到沿任意方向的薄弱斜面連續連環地滑流到低勢位處集中直至滑流到最低勢位處實現最大集中的勢位壓力作用。并在連續連環形成滑流的同時相伴對高滑源處產生圈環集中直至對最高滑源處產生圈環最大集中的摩擦拉力作用。本文稱這一結論為不平衡地殼固體環壓、環拉定位集中原理,或球面壓力和球面拉力定位集中原理。根據這一原理,可以毫不夸張地說,在世界屋脊喜馬拉雅山脈的純固體地殼最深處,即全球最深幔坳處的莫霍面上,滑板公式中的滑動質量m自三維空間的來源量可達到全球純固體地殼全部質量的量級。如疑慮尚存,可簡舉一例：設在地球南極水平高度 2 m處有一滴水,如有一根水管由這滴水處出發,先下降 0.1 m,再沿水平高度 1.9 m處等勢面延伸至北極,再拐彎到北極水平高度 1 m處,假設水流能量和質量損耗為零,勿容置疑,這滴水在北極最終能從與其在南極自重相反的方向流出。此例說明,高勢位處物質在通道連通的條件下,對與其自重方向不同的任意指向的低勢位處都存在斜向流壓。可見,在不平衡地殼的最低幔坳處,可獲得全球最大的固體滑壓集中力 (即式 (7)中的力 X環壓集中助向心),并擠壓抬升或推動象喜馬拉雅山這樣的世界屋脊,甚至更高更大的世界屋脊。同理,在最高幔隆處可獲得全球最大的滑拉集中力 (即式 (6)中的力Y環拉集中助離心)。滑板公式斜角所對的垂直高度即重力勢差高度受純固體地殼結構力約制。但由其斜邊和鄰邊所代表的平向線度在漫長時間里則可達到大洋和大陸尺度的量級,甚至可接近地球大園周長尺度的量級。不平衡地殼固體環壓、環拉定位集中原理這一新概念的確立,無疑找到了地球地質演化力源中尚未找到的第一力源。

這種新力源所顯示的力的集中規律具有怎樣的獨立特色呢?下述比較可使我們一目了然。

在理想的平衡地殼中,可能產生各種力的集中,那種集中屬于或然性質的隨機集中;而在不平衡地殼中所存在的這種斜滑環壓,環拉的定位集中則屬于由必然性質的發展趨勢所決定的定向集中。兩種“集中”存在本質區別。這也是本文對后者使用“定位集中”4字名稱的來由。

3.6 固流

在幔隆處垂向相對力學平衡方程式 (6)和幔坳處垂向相對力學平衡方程式 (7)中,各有 4種力參與平衡作用。其中 F垂重向心和 F幔液壓離心為“定值、全額”出力方;固體結構力為“有限度的被動、適應”出力方;固體環壓、環拉集中力為“具有集中過程的由大勢所趨的主動”出力方。顯然,依據平衡條件,一旦主動力集中超過被動力的限度,固體物質則按趨勢方向產生運動。

因此,在純固體地殼中必然存在源于幔隆處而匯于幔坳處的地殼固體物質流。本文稱這種物質流為固流。由于固流的存在,固流高壓區即幔坳處的物質密度分異對礦床的形成具有決定性意義。圖 6為洋、陸殼中固流剖面流向示意圖。圖 6中虛線 B表示水平面,A表示地殼上表面,M表示莫霍面。

圖 6 洋、陸殼中固流剖面流向示意圖 (含液流流向示意)Fig.6 Sketch of the flowing direction on the profile of the solid flow in the ocean and continent srusts(including the liquid flow)

4 液壓、液流

4.1 幔坳區地殼下的高液壓勢

幔坳是固流的匯區。由于地殼固體物質源源不斷地流向這里,至使匯聚于這里的固體物質在垂向重力及斜向環壓集中力的作用下,通過重力均衡過程,壓迫莫霍面不斷下降。使該處幔液本來體積所占有的空間不斷被侵占,至該處幔液體積減小。根據 (4)式,壓強 P與體積 V成反比,故 P不斷增大,液壓勢增高。另外,高溫圍熔也在一定范圍內導致液壓勢增高。

4.2 幔隆區地殼下的低液壓勢

此處產生低液壓勢的因素有 3:1)此處系固流源區,由于固體物質的流失,據式 (6),F結構助向心作用減小,V增大,P減小;2)由于固體物質流失,至F垂重向心減小,V增大而 P減小;3)莫霍面下高溫熔融作用有至V增大使 P減小的作用。由于 3種制造低壓因素同時作用,雖存在隆區外隆過程有利地殼降溫和對地殼加壓而產生一定的對地殼固體結構的修造作用,但后者使隆區體積收縮的速率較低,前者使隆區體積擴大的速率較高,實現不了對抗平衡。于是便造就了幔隆區幔液的低液壓勢。

4.3 液流

由于在幔坳與幔隆的幔液之間存在高低液壓勢差,故在它們之間必有幔液液流存在。幔坳為液流源區,幔隆為液流匯區。液流方向見圖 6莫霍面下方箭頭所示。

5 固、液環流場

5.1 平衡固、液環流

由上述對固流和液流的討論知,幔坳區是固流的匯區,但同時又是液流的源區;幔隆區是固流的源區,但同進又是液流的匯區。于是有結論:在幔坳與幔隆之間存在固、液環流。

設m固入、m固出分別為單位時間內幔坳區固體流入量和幔隆區固體流出量,設 m液出、m液入分別為單位時間內幔坳區液體流出量和幔隆區液體流入量,則平衡固、液環流的基本格局為:

在平衡固、液環流情形下,純固體地殼分別在幔坳區和幔隆區的破壞速率與修造速率相等。

平衡固、液環流的具體流動過程如下:

幔隆區地殼在莫霍面下經受高溫熔融作用和高壓外推作用,地殼外表面開裂,固體向其周邊各幔坳方向流動,在流動的同時,又以集中的摩擦拉張力作用于幔隆處的地殼。故幔隆處地殼物質同時受到 3種作用:1)高溫熔融;2)高壓外推;3)固流拉張。遂使固流得以維持,并在本處制造了一定程度的幔液低壓區。具體過程如果屬于固、液平衡環流過程,則要求純固體地殼結構由于高溫和運動等增距作用所產生的破壞速率與由低溫及高壓所產生的修造速率相等。

在幔坳區,純固體地殼物質出現堆積和集中擠壓。這些被堆擠的物質,較輕者被向上抬舉或向其他低抵抗處推進。較重者則擠壓下部地殼,使下部地殼向下出現彈性位移,并與輕物質的上升高度按一定倍率向地幔插入。從而制造本處幔液高壓區。同樣,如果過程本身屬于固、液平衡環流過程,也要求對純固體地殼的破壞速率與修造速率相等。

由于幔液壓力勢差的存在,必然形成幔液液流。幔液液流與地殼固流構成固、液環流。隨著固、液環流過程的延長和各種條件差異的存在,平衡固、液環流將不可避免地產生對平衡的偏離。幔坳、幔隆區地殼厚度的差異將逐步擴大。顯然幔隆區為大洋,幔坳區為大陸。就地表而言,固、液環流總的流向是:固流由大洋流向大陸,液流由大陸流向大洋。固、液環流的全球大勢由各局域固、液環流構成,各局域固、液環流最終將被全球固、液環流大勢所淹沒。固、液環流在全球的分布稱為地球固、液環流場。

如果將固、液環流稱為環流線的話,那么在整個殼、幔三維空間中,能夠得到由固滑壓力線(或固滑拉力線)和液壓壓力線組成的力場分布圖。很清楚,幔隆區為固滑壓力線(或固滑拉力線)的始端和液壓壓力線的終端。幔坳區為液壓壓力線的始端和固滑壓力線(或固滑拉力線)的終端。

如果全球各處幔隆、幔坳之間的固體重力偏離平衡的勢差總和與它們莫霍面之下的幔液壓力偏離平衡的勢差總和相等,則全球固流總和與液流總和相等,這種狀況稱為全球固、液環流總平衡。

5.2 不平衡固、液環流

固、液環流平衡始終只能代表地質演化的總趨勢。任何具體的演化階段,不平衡因素的產出始終接連不斷。只要有相對幔坳與幔隆的產出,幔隆、幔坳處的固有差異便成為不平衡因素產出的總根源。這個固有差異是:幔隆區的幔液壓力對純固體地殼的推張是幫助此處由固流摩擦所產生的拉張作用的,恰此處正是固體流失的源區,有理由斷定:此處地殼結構的修造速率小于其破壞速率;而幔坳區的幔液壓力對地殼的上推則是抵抗那里由固體垂向自重和固環壓集中所造成的對地殼厚度急變處的拉張作用的,有理由斷定:那里的純固體地殼的修造速率大于其破壞速率。由于固有差異的存在,使地殼莫霍面在幔隆和幔坳之間的陡度不斷改變,于是便導至了固、液環流隨莫霍面陡度變化的正相關性變化。

在固、液環流隨幔隆、幔坳區莫霍面陡度的增大而增大的過程中,幔隆區地殼厚度越來越薄,幔坳區地殼厚度越來越厚。純固體地殼往往首先在地殼厚度最薄處的幔隆區即環拉力最集中處發生弧狀、線狀或片狀的貫穿性破裂。使這里的巖漿在 10 000個大氣壓力的趨動下,大規模、高速率涌出地面,經重力作用下降,經低溫作用凝結,形成新的固體地殼。當巖漿大規模、高速率涌出地面后,原由巖漿所占據的空間處,相對幔液壓力而言,便形成了一個超級低壓區,于是,幔坳處的幔液在這時便大規模、高速率地流向這里,并維持這里巖漿繼續上涌。不過,隨上涌巖漿形成新地殼厚度的增加及老莫霍面受集中環拉作用的下降,使巖漿的上涌通道逐步減小,其上涌規模和速率也逐步下降。回頭再看地殼最厚處即環壓最大集中的幔坳區的情形,當幔液大規模、高速率流向超低液壓區時,便在流離原處留下了超低負壓區,原液壓在流離原處所承擔的對力學平衡的貢獻則被相應拆除,與厚殼垂向重力和滑壓集中力的對抗將主要由地殼固體結構助離心作用力承擔,故在厚度急變處即幔坳區周邊孤形區或線狀區,極具可能發生貫穿性地殼破裂,造成幔坳區的下沉,固體地殼可以大規模、高速率地落向地幔。由于此處系地殼固體擠壓區,幔液一般不會涌出地面。在這一演化運動的劇烈階段中,因為幔坳仍為幔坳,幔隆仍為幔隆,故固、液環流仍以原方向進行,不過其流動強度逐步減小。

當幔隆區與幔坳區垂向地殼厚度演化至平衡地殼厚度時(32 km厚)則稱其演化進入了地殼平衡態。在進入地殼平衡態的過程中,幔隆區與幔坳區的進入方式是不同的。幔隆區幔液上涌使地殼增厚速率大于固、液環流使地殼減厚的速率,故以地殼增厚的方式進入平衡厚度。而幔坳區固體下落使地殼減厚速率大于地殼增厚速率而以地殼減厚的方式進入平衡厚度。地殼進入平衡厚度階段,固、液環流停止。當固、液環流停止后,原幔隆區巖漿的上涌仍將進行,地殼增厚過程也繼續發生,遂使其莫霍面下降,進而使該區演化為新幔坳區;原幔坳區由于固體物質已被壓緊,固體物質質量的增量機制已經結束,液壓則使其莫霍面抬升,使地殼上表面開裂,至使那里演化為新幔隆區。于是產生了與老固、液環流反向的新固、液環流,從而啟動新一輪的固、液環流演化,重復固、液環流由小到大,再由大到小的變化。

固、液環流強度可以定義為單位時間內全球由環流源區流向匯區的物質質量的多少。由于固、液環流強度依賴于莫霍面陡度,由上述討論可知,幔隆、幔坳之間莫霍面陡度存在由小變大,再由大變小的過程。因此,一種方向的固、液環流強度必然也存在由小變大,再由大變小的歷程。于是可以將一種方向的固、液環流強度劃分為由小變大和由大變小的“兩半”。根據對一種方向的固、液環流的這種“兩半”的劃分,可以將幔隆、幔坳地殼依其厚度變化方向并以地殼平衡厚度為界線劃分為“向平衡幔隆、幔坳”和“離平衡幔隆、幔坳”。所謂幔隆、幔坳的“向、離平衡”是指其地殼厚度變化方向向平衡厚度接近和由平衡厚度向厚度減小或增加的方向偏離。本文稱“離平衡幔隆、幔坳”為年輕型幔隆、幔坳,稱“向平衡幔隆、幔坳”為年老型幔隆、幔坳。這里的“年輕”與“年老”便對應了上述對一種固、液環流方向的“兩半”的劃分。

如果幔隆、幔坳演化對等,可將不平衡固、液環流的殼,幔演化劃分為旋回 6階段(表 1)。

表 1 幔隆、幔坳演化旋回Tab.1 Evolution cycle of mantle life and mantle band

為了便于直觀地研究地震成因,可將表 1所描述的地球殼、幔演化旋回 6階段簡化為按同一幔隆(或幔坳)處的地殼上表面在大陸和大洋中垂向變化的 4個階段的周期振蕩。

現以原始幔隆處地殼上表面的垂直振蕩為例,制作表2。

表 2 原始幔隆地殼上表面垂向變化周期振蕩表Tab.2 L ist of periodical oscillation of the vertical change of the up crust surface of originalmantle life

需要指出：與原始幔隆相對應的原始幔坳處的地殼上表面垂向變化四階段與表 2四階段振蕩相差180°,即反相。

6 地震成因分類

6.1 發生地震的根源

固體物質間距離的增加,是固體結構至破壞的唯一原因。可以對破壞給出這樣的定義：結構物質之間,當吸引力為零時,尚有離開速度或離開力,即為破壞。根據文獻[3]中的點旋半徑振蕩力學定律,兩平衡質點只有當它們運動達到它們之間距離最遠點時,它們之間的吸引力和離開力則同時達到最小值,只不過此時離開力更小罷了。根據上述定義和該定律所示之途徑,實現破壞的辦法只有一個,那就是增加距離。發生在純固體地殼中的地震的根本成因是固體結構被破壞。事實上,對固體的擠壓也是最后通過質點間距離的增加而實現破壞的。正因為如此,對固體直接施加拉張而至破壞比施加擠壓而至破壞所用之力往往少一個數量級。由此可以推斷,在任何可能發生地震的場合,只要有對等的拉張作用參與,則地震的第一成因必為拉張。這是研究純固體地殼地震最主要的力學依據。也是本文前述幔隆區地殼最薄處和幔坳區周邊地殼厚度急變處容易發生斷裂或貫穿破裂的根本原因。

6.2 地震成因的地質分類

將地震劃分為兩個類別,即地幔地震和地殼地震。地幔地震指主要發生在幔坳區莫霍面以下的地震,也是人們平時所說的中、深源地震。這類地震的成因是：由于自幔隆處首先出現幔液低壓區,形成液流,于是從幔隆至幔坳各沿線會逐步出現幔液負壓區,處于負壓區之上的地幔固體物質在其結構失衡的條件下,因自重和接受固體環壓集中作用向下掉落因而發生地震。

地殼地震是發生頻率較高,所占地震比例較大的一類地震。為了認識地殼地震,首先應該了解固、液環流中的固流方式。純固體地殼的固流方式可簡略地概括為如下 4種：1)彈性限度內的蠕變流動; 2)定向塑性流動;3)彈性回跳前移;4)斷裂滑移。第 1)、2)種方式不發生有感地震,第 3)、4)種方式就是發生地震的直接機制。純固體地殼中的固流方式與地質、地殼類型密切相關。只有弄清純固體地殼各處的地質、地殼類型,才能判明地殼某處發生地震的具體成因,才有可能對地殼未來發震時間和震源地點的預測提供可靠依據。為此,本文給出地震成因與地質、地殼分類如表 3所示。

由于篇幅所限,本文旨在給出地震成因之框架。關于各具體地域地震成因及預測屬系統研究工程,需另行撰文逐一探討。

7 總結與討論

7.1 總結

不考慮自旋運動的地球的地質演化以及地震成因主要是由 5種形式的力的相互作用所決定：物質垂向自重力,固體結構力,幔液液壓力,固體環壓定位集中力和固體環拉定位集中力。地球殼、幔中固、液環流的產生和變化體現了地質演化的階段性。根據地質演化的階段性可以確定地殼演化的具體類型。人們可以根據具體的地殼類型,結合探測數據,應用力學規則尋根索源,確定區域地震的具體成因。

從地震成因全局上看問題,可將地震成因排序如下：

1)固體環壓、環拉定位集中與固、液環流是發生地震的主導因素;

2)地球自旋振蕩是發生地震的修改因素;

表 3 地震成因與地質、地殼分類Tab.3 Seis mogenesis and geological and crustal classification

3)其他內、外波力是發生地震的可能引發因素。

7.2 討論

本文所揭示的年輕型幔隆、幔坳向年老型幔隆、幔坳的過渡,是地殼通過發生貫穿性破裂的劇烈過程而實現過渡的。這只是對全球大勢的一般描述。然而,在不同的具體條件下,也應該存在不發生貫穿性地殼破裂的劇烈過程實現幔隆、幔坳由“離地殼平衡厚度”朝“向地殼平衡厚度”的轉型。比如,處在大幔隆與大幔坳中間的幔隆和幔坳可以分別通過推移和整體下沉的圍熔等較平靜的過程實現轉型。

1 楊倫,等.普通地質學簡明教程[M].武漢：中國地質大學出版社,1998.

2 中國地震局監測預報司.地球物理學概論[M].北京：地震出版社,2007.

3 李仕宏.地震成因——地球自旋變速、變形振蕩[J].大地測量與地球動力學,2009,(增刊)：163-173.

STUDY ON SEISMOGENESIS

Li Shihong
(Ezhou City of Hubei Province,Ezhou 436003)

A new concept about the unbalanced crustal solid encircle presure and encircle pull locating and concentering principle in the earth gravity field is proposed.According to the concept the maxi mum crcustal oblique sliding force concentration amount can make the matter quality source reach the magnitude of all quality of pure solid crust,in theory.Tuswe have discovered the first force source which could not be found in the past work about force source for geological evolution.Further more,we point out that there exist the circulation of solid and liquid in the crust and mantle under the action of a number of force for example,the oblique sliding force,expounds and proves six kinds of geological regions based on the geological evolution of‘circulation of solid and liquid’and further divides the geological boundaries based on nine kinds of seismogenesis.

abrupt ofMoho;solid encircle presure;encircle pull locating and concentering principle;skate bording for mula;circulation

1671-5942(2010)Supp.(Ⅰ)-0149-08

2009-10-25

李仕宏,男,1947年生,湖北鄂州人,系鄂州市科技局原科技中心成員,近期從事地震成因方面的研究.E-mail：lixiaoling20069 @163.com

P312

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