再論汶川大地震與深部氣體的關系①

張景廉，杜樂天，曹正林，閻存鳳，王斌婷

（1.中國石油勘探開發研究院西北分院，甘肅蘭州 730020；2.核工業北京地質研究院，北京 100029）

再論汶川大地震與深部氣體的關系①

張景廉1，杜樂天2，曹正林1，閻存鳳1，王斌婷1

（1.中國石油勘探開發研究院西北分院，甘肅蘭州 730020；2.核工業北京地質研究院，北京 100029）

根據汶川地震震中幸存者對地震事發現場的口述，汶川地震應是深部氣體突出、爆炸而引起的。衛星熱紅外異常觀測以及眾多地震的宏觀異常的觀察與分析均證實了上述觀點是正確的。國內外一些學者對地震與氣體的關系的論述值得引起關注與重視。

地震；成因；宏觀異常；深部氣體

Abstract：The genesis and mechanism of Wenchuan great earthquake are discussed agai.Based on the speech of some people who escaped by the earthquake in the epicentral area，Wenchuan earthquake was caused by deep gas protruding and explosion.The viewpoint mentioned above was proved by some other investigation and survey such as anomolies of satellite thermo－infrared surving and some macroscopic anormalies before the earthquake.The viewpoint of the relationship between earthquake and gas by some scholars in abroad and in home should be deeply concerned.

Key words：Earthquake；Genesis and mechanism；Macroscopic anormaly；Deep gas

0 前言

汶川地震前的2007年11月，筆者撰文指出：四川松潘－甘孜褶皺帶深部存在油氣資源，而這種油氣與深部地殼的低速、高導層有關［1］。2008年5月12日汶川地震后，筆者在上文基礎上綜合陜西渭河盆地、寧夏六盤山盆地、銀川盆地的地震及渤海灣盆地海城地震、唐山地震等實例，進一步討論了這些地震與中地殼低速、高導層的關系，并指出：地震區多為油氣區，汶川地震更是如此，汶川地震與中地殼低速、高導層的天然氣有關［2］。

在汶川地震后2年的時間里，國內地震學者及相關學科的研究人員對汶川地震從不同角度討論了地震的成因及機理，發表了很多頗有見地的論文［3－5］。文獻［3］注意到龍門山塊體下地殼的低速體，但沒有弄清它與地震的成因關系。

“氣體致震”的機理是非主流觀點，目前還不被主流學派承認，筆者認為有必要做進一步討論。本文是筆者在文獻［2］基礎上，根據新近收集到的一些證據和其它歷史地震資料，以及國際上的最新研究動向，進一步闡述“氣體致震”的觀點。

1 汶川地震震中現場的調查

2008年5月12日汶川地震后，有成千上萬的科技工作者奔赴現場進行調查研究。這些調查研究多側重于地質構造的研究，但也有一些注意到了某些特別的宏觀震害現象。如貴州省地礦檢測中心的曾明果等注意到CCTV－1的現場報道：幸存者指著滿溝亂石說“這么多石頭都是從地洞里像大炮一樣打出來的，不是垮山垮的……”。曾明果等為了查證上述說法，曾數次去映秀鎮蔡家杠村牛眠溝和蓮花心溝，查詢了“5·12”地震爆發時幸存的村民。村民“眾口一詞”地述說了當時場景（現全文錄下）：“5 ·12”上午大晴天，10點天空發昏，溪水帶煤油味；中午天轉昏暗，下午兩點過天昏黑；2點28分溝北頭三聲震耳欲聾悶響，數秒鐘內拖著黑煙閃著火光的石流鋪天蓋地從半空中拋射向東邊1 500m外的牛眠溝，瞬間2 000萬m3石粉夾雜直徑數米巨礫填滿了兩條共2.5km山谷，將30余戶房屋及當時在家村民全數埋在數十米厚噴發石流下。面積數十平方公里的昏黑煙罩里，人們頭頂白灰，能見度不足50m。映秀鎮索橋下半斷流岷江底部，噴涌出高1 m黑水翻滾向上游倒流；至夜黑煙未凈，空中仍存硫磺味；19時強烈余震，填平的溝壑中從未見過的花崗巖塊仍帶余溫；零時近1小時瓢潑大雨，黑煙散凈。5月13日下午強烈余震接連不止［6］。

筆者認為這段描述有如下幾點值得重視：（1）溪水帶煤油味（含烴）；（2）三聲震耳欲聾悶響（爆炸）；（3）拖著黑煙閃著火光（燃燒）；（4）巖石流從空中拋射向東邊1 500m外（沖擊力之大）；（5）2 000萬m3石粉夾雜直徑數米巨礫填滿了兩條共2.5km山谷（沖擊力之大）；（6）數十平方公里黑煙籠罩（燃燒）；（7）岷江底部噴涌出高1m黑水翻滾向上游倒流（氣體噴涌）；（8）至夜黑煙未凈，空中仍存硫磺味（含硫）。

這些活生生的證據明白無誤地證實了汶川地震是氣體爆炸所造成的。這些氣體中含有烴類氣體、含硫；這種爆炸猶如煤礦坑道中的“瓦斯突出”或“CO2突出”，其爆炸力、沖擊力是十分驚人的，也唯有高壓氣體才有如此的沖擊力。地震過程中的噴火、閃光、火球及爆炸現象表明地震噴發的氣體往往是易燃的，可能來自地球深部的甲烷等氣體。

曾明果后來補充道，震中曾由于高壓氣體爆炸發生連續聲響；震中的巨厚花崗巖被炸成細粉及礫石（含巨礫）；天然氣噴發的流體每秒達幾百萬立方米；并把2 000萬立方米的石塊噴出千米之外，震中由于甲烷氣燃燒，黑煙籠罩面積達數十平方公里，局部噴涌黑水，并帶油味［7］。

無獨有偶，此類現象還可在龍門山構造帶的其它幾次地震中看到。1976年5月29日發生的云南龍陵M＝7.5地震，震源深度20km，在臨震和發震時沿構造帶分布出現大量火球和閃光，由于裂縫中冒火、發光，將基巖燒紅。1976年8月16日四川松潘M＝7.2地震，震源深度10～20km，震前出現大量火球，并燒毀一些農作物。地震時發生四處冒火，火球的分布與構造帶相當，沿斷層分布［8］。筆者在2008年撰寫“汶川大地震與中地殼低速高導層的成因關系初探”［2］一文時曾引用了1933年8月25日茂縣地震發生時的情景：“中午，天空中突然冒出一條火龍，發生霹靂一聲巨響，大地開始強烈晃動，地震發出巨大響聲……”［2］。同處龍門山褶皺帶的幾次地震發生情景何其相似乃爾！請那些“構造運動致震論”的專家讀一下曾明果等的這兩篇文章。

李德威明確提出，板塊構造學說不能解釋汶川的板內地震，汶川地震與太平洋板塊和印度洋板塊的作用沒有直接關系；他注意到大陸下地殼的低速異常帶，并提出層流構造假說來解釋大陸板內地震；并認為地殼分層作用及其斷裂活動會產生釋放CO2、CH4、H2、N2等，并產生熱異常，從而可檢測預報地震［9］。他的觀點與筆者是一致的，但對下地殼低速異常的成因及氣體的來源等觀點不盡相同。

羅文行、李德威等對青藏高原板內地震震源深度分布統計表明：地震集中分布于中地殼10～40 km范圍內，其中30～33km深度為峰值。并認為：“青藏高原地震震源顯然不是沿著青藏高原某一早已消亡的板塊碰撞帶或俯沖帶分布，而是沿著地殼內活動的殼層之間分布”［10］。我們認為上述深度恰是青藏高原的中地殼。這與我們在文獻［2］中所列舉的實例是一致的。

2010年4月14日青海玉樹發生7.1級地震。目前尚無玉樹地震成因分析。據共和－玉樹地震剖面，玉樹地區深14～21km有一低速層，VP為5.8 km／s，14km以上的VP為6.1km／s，而21km以下的VP為6.1km／s［11］。玉樹地震的震源深度為14km（以前認定為33km），這個深度與我們上述的低速層的深度是一致的［12］。

中科院地質與地球物理所白登海研究員等人在東喜馬拉雅山構造結及周圍地區實施了連續六年的大地電磁觀測，獲得了青藏高原東部巖石圈電性結構的初步認識。觀測結果發現，青藏高原存在兩條巨大的中下地殼低阻異常帶，通過理論計算認為是兩條中下地殼的弱物質流：一條從拉薩地塊沿雅魯藏布江縫合帶向東延伸，環繞東喜馬拉雅構造結向南轉折，最后通過騰沖火山；另一條從羌塘地體沿金沙江斷裂帶、鮮水河斷裂帶向東延伸，在四川盆地西緣轉向南，最后通過小江斷裂和紅河斷裂之間的川滇菱形地塊。結合地面構造及GPS觀測成果，他們提出了該區巖石圈“雙地殼＋邊界剪切”變形的新模式。該模型認為青藏高原深部以兩個中下地殼弱物質流的快速塑性變形為主，上地殼則以南北兩個邊界斷層（異常體的邊界，即雅魯藏布縫合帶和金沙江—鮮水河斷裂帶）的走滑變形為主［13］。筆者認為，這種弱物質流也就是“塑性層”，是一種充滿氣體、液體的低速高導層（低阻層）。汶川地震與松潘—甘孜褶皺帶的鮮水河斷裂系有關。這種中下地殼的雙低阻異常帶，我們在渤海灣盆地也是見到過的。

中國科學院遙感應用研究所邵蕓談到“一些科學家到震區實地作了調查，認為這里的氣體起了很重要的作用，地震中有一定氣體爆炸，像氣浪一樣把物質噴發出來的”。并指出：“汶川大地震造成的滑坡之多，規模之大，危害之重，史所罕見。如此多的物質運移顯然需要巨大的能量，而僅僅是地震所提供如此多能量嗎？顯然需要更為深入的研究，才能更合理地解釋發生于地震災區的這些巨型災難的滑坡。”［14］

《科學時報》首席評論員王中宇于2009年5月26日在《科學時報》撰文談地震的預測方法，文中花了相當的篇幅引述了筆者在文獻［1］、［2］中的主要內容。

據2009年2月12日新華網，中國地質大學王成善根據當地老鄉的發現，認為四川青川縣青竹河紅光鄉東河口村至前進鄉黑家段的可燃氣體為天然氣（并有硫磺味），顯然這是由于“5·12”地震使原有氣藏構造破壞而逃逸到地表的氣苗。筆者認為如果進行地球化學測量，可能還有更多的油氣苗被發現。另據東方衛視2010年6月14日報道，北川陳家壩鄉龍坪村一座大山地震時被崩塌，“飛”過河岸形成巨大堆積體。自地震發生至今2年多，這里一直在往外冒煙，巖石溫度超過了200度。看來這是天然氣在燃燒。

2 地震前的衛星熱紅外異常

強祖基等多次在地震發生前7～9天探測到大面積衛星熱紅外亮溫增溫現象，并將這一技術成功地應用到地震短臨預報中。他們認為臨震前衛星熱紅外亮溫增溫異常現象是地球排氣作用的結果［15－19］。

魏樂軍等利用我國FY－2C紅外一波段（10.3～11.3μm）的衛星遙感圖像發現“5·12”汶川地震前出現了明顯的孤立的衛星熱紅外異常現象［20－21］。北京師范大學減災與應急管理研究院985工程首席科學家吳立新對汶川地震前10天的衛星熱紅外圖像研究也發現有異常（北京科技報，2008－06－18）。

這些實例表明，地球排氣放熱不僅僅是地震的結果，更是地震發生的原因。虞震東認為如果地殼低速層的波速降低（即高溫區溫度升高）相當程度，可引起大地震，但這個閥值到底是多少有待于今后觀測資料的積累［22］。

3 中國典型強震前宏觀異常——氣體噴出

震前宏觀異常通常可分為動物、地下水、氣象、地氣味、地光和地聲5種［23］。但是這些宏觀異常中起主導作用的是氣體異常與噴出，是它影響了動物異常反應，并引起地下水的噴涌及含量異常，還會導致氣象（暴雨等）異常；氣體異常與噴出也導致了地氣味、地光和地聲的出現。以下介紹一些大地震前的氣體異常現象。

3.1 1975年海城地震前的氣體異常［23］

觀察表明地氣味異常與斷裂帶有關。如在丹東附近異常沿鴨綠江斷裂成串分布；在遼陽至本溪異常成帶狀沿太子河斷裂分布；在斷裂交錯的下遼河平原異常呈大片狀分布。出現地光較多的地區主要是營口、海城、以及下遼河平原一帶。

1975年1月24日鳳城縣有一群小學生上午10時進山拾柴，在鍋臺溝看見有一股一股的白色氣體往外冒，于是立即跑回家告訴大人，家長12時趕到現場時，冒氣現象依然存在。1975年2月4日傍晚有的公路地段上冒出股股白氣；有人親眼看到地面到處冒氣，驟起大霧，并且嗅到劃火柴似的氣味；也有一些人看見霧氣像海潮涌來一樣，一潮接一潮。海城鎮一位張女士1975年2月4日晚地震時往外跑，在距縣招待所10m遠處見一道白光，隨繼看見火球狀紅光由地面直沖天空，與此同時聽到地裂聲響，聞到怪氣味。該鎮另一位姓蔣的人在當晚地震時，在向外跑中踩到一條寬1cm的裂縫，當時看見從裂縫里冒出高約10cm的藍白色火花。由于海城地震發生在冬天，所以地下氣體上升到地表冷卻即形成白色濃霧。

3.2 1976年唐山大地震的大火燃燒

由于唐山大地震發生在深夜，目擊者很少有報道。但唐山地震后，國家地震局、中國科學院等有關部門迅即趕到現場進行調查，發現現場黑乎乎一片，到處是大火燃燒的痕跡。顯然地震發生過程中有（天然氣）燃燒（周新華面告，2009）。2009年3月19日湯加大地震，震中的黑蘑菇狀煙云（CCTV視頻）也是這種氣體爆炸的燃燒（不完全）的真實場景！

3.3 1966年邢臺地震

1966年6月8日邢臺6.8級地震前，河北省南部47個縣市有地聲，11個縣市發現地光，天空出現火光，白光，藍光，暗紅光。3月22日7.2級地震前，38個縣市有地聲，9個縣市有發光現象［24］。

3.4 1920年海原大地震

1920年12月16日20時6分寧夏海原發生8.5級地震。有關海原大地震的傳說保存下來的不多，但有一則很重要：“地震時，有一個農村婦女懷抱著嬰兒坐在炕上，一陣地動山搖之后，她還不知道發生了什么事，一陣冷風吹來，她抬頭一看，看見的是滿天星斗，不知房頂掀到什么地方去了。”（據《古潛山》2009，（1）：53－54）顯然這是一陣巨大氣流把房頂刮走了。

3.5 清朝康熙年間的4次7級以上地震

我們再來回溯一下清朝康熙年間發生的4次7級以上大地震：1668年山東郯城8.5級地震、1679年京師8級地震、1695年山西臨汾8級地震和1709年寧夏中衛7級地震。康熙在去世前一年（即1721年）曾專門寫了一篇關于地震的文章，說：“大凡地震，皆有積氣而所致”，“既震之后，積氣已發，斷無再大震之理”。（見馬承鈞，《重慶晚報》2009年2月12日）。盡管康熙不是地震學家，但他親歷了4次7級以上大地震，讀了不少地方呈送上了的奏折，他的這些話至今仍有重要的參考價值。

3.6 國外相關報道

全世界每年發生數以萬計的大大小小的地震，伴隨著地震有大量氣體釋放與排出卻不為人們所知道。夜間地震時有發生，發生時有巨響，這是氣體爆炸；地震前動物往往有奇異行為，可能是氣體滲漏溢出所致，一些動物對氣體（如H2S等）十分敏感。1960年智利大地震時沿岸450km地帶的觀察者報告說大海沸騰，顯然這是地震事發的天然氣在作怪。一些海嘯的巨大破壞力也可以這樣來理解。1970年高加索山區發生6.6級地震時，氣體采樣發現大氣中甲烷、二氧化碳濃度呈1～3個數量級增加，而氫氣則是4個數量級增加。1981年格魯吉亞發生4.2級地震，巴庫大氣中甲烷的濃度比正常值高了1倍。另據報道，2004年12月21日蘇門答臘發生8.7級地震，2005年3月28日東南亞發生8.5級地震，在震前均有大量放氣現象。

Gold指出，由于大地震而釋放的氣體是地球排氣作用的一部分，他估計每年由于地震而排出的甲烷氣體約100～300×108m3［25］。據汪成民［26］等，我國唐山、海城、大同等地震前后井水中及大氣中氫氣濃度均急劇增加。

需要指出的是，以往的報道通常認為氣體排放是地震發生時的伴生現象，而我們的研究表明，正是氣體導致了地震的發生［2］，至少有相當一部分的地震與中地殼的氣體有關。遺憾的是這一觀點尚不被接受和重視，當然也不會有課題對這類氣體進行采集與相關研究。

4 俄羅斯學者對地震與深部流體、氣體相互關系的觀點

2002年獨聯體的學者在莫斯科召開了《地球排氣作用：地球動力學、地球流體，石油與天然氣》的學術討論會［27］。其中有一些學者專門討論了地震與深部流體（氣體）的關系。俄羅斯莫斯科全俄礦物原料科學研究所的普羅寧等指出：深部流體的高能轉變是地震和其他（脈沖）式地質災害的主要成因之一，他們包括絕熱膨脹沸騰，化學爆炸反應，高壓下重烴分解；還會引發煤礦、金屬礦區甲烷等天然氣的爆炸及有毒物質向水圈、大氣圈排放以及海嘯、地下水動態急劇變化，滑坡等工程地質現［27］。

俄羅斯科學院地球物理所帕夫連科娃認為地球流體可形成高熱流巖漿、火山及噴氣以及地震活動［27］。

西伯利亞地質、地球物理和礦物原材料科學研究所葉皮法諾夫指出，1908年6月30日清晨在西伯利亞發生的通古斯事件（相當于50個百萬噸級氫彈爆炸，沖擊波遍及全球，爆炸中心大于15km半徑內的森林全部燒光……）與地震排烴有關。通古斯爆炸是震驚世界的重大災變事件［27］。

前蘇聯的別爾基切夫斯基等通過研究，貝加爾裂谷事件20km深度的一次強震的余震分布證明，應力在15～20km的深度沿著水平方向釋放，和殼內高導低速層有相關關系（轉引自毛桐恩等［28］）。

5 結束語

杜樂天從“烴堿地幔流體”，“地球5個氣圈”，“氣體地球動力學”到“從固體地球觀要向流體（特別是氣體）地球觀進行概念更新”等一系列重大理論創新的基礎上［29－33］，深刻指出：“很明顯，如果忽視地球內部氣體（哪怕只占地球的1%體積）及地球排氣作用，就不可能找到大地構造運動及海陸形成的真正內因；就不可能發現中地殼和上地幔還存在尚待開發的巨大油氣資源；不可能破譯眾多重大自然災害，如地震、大旱、大水（來自突發的特大暴雨）、臺風突然轉向、森林草原區域性大火、沙漠化、熱災、沙塵暴、霾霧、臭氧洞、厄爾尼諾、赤潮、海嘯以及許多海難、空難等等的原因”。“地震是在熱動力作用下地球排氣中的氫原子、氦原子及氫分子這自然界三大破裂能手在地下巖塊的閉鎖部位通過氣裂氣脹使巖塊斷裂造成的。這已被衛星熱紅外多年數萬張監測圖像所證明”。

最近，張之一教授對“地幔流體”作了進一步詮釋［34］，他認為：“幔汁一身三任焉，既具有重大的地球化學功能，又具有重大的地球物理和地球動力學功能。幔汁宛若病毒，只要有1%（體積）自下向上的滲入，就是可以使原本為固體的地幔和地殼發生幾百萬、幾千萬立放千米體積的腐爛、潰變、腫脹。這是地球內部不安定并將產生各種大地構造動亂的根本原因，是地球動力學中最關鍵的解謎切入點。幔汁在地球動力學中的奇特作用是‘四兩撥千斤’。它的巧妙之處在于量小作用大。通過幔殼潰變以嚴重降低巖石強度、粘度、密度等，大大加快應變速率，打亂地球內部重力、圈層自轉速度與天體作用力三大基本動力之間原來的平衡。在重力、地球自轉顫動和天體作用力的聯合控制下最終導致大陸漂移、海底擴張、巖漿構造活化、大規模多層球面滑脫、拆離、推覆、逆沖等。值得注意的是國外學者在地球排氣作用方面的研究在大方向上與此不謀而合。得出幾乎相近的結論。”

目前我們對幔汁的“四兩撥千斤”的“特異功能”還知之甚少，對它的重大的地球化學功能、地球物理功能和地球動力學功能尚缺乏深入系統研究。實驗地球化學家張榮華在超臨界流體的地球化學行為曾做過詳細的研究［35］。胡寶群等對臨界狀態下的研究表明，水的相變可導致物理化學性質發生突變，并可發生熱液成礦作用［36］。正是在這個意義上，我們要認真踐行杜樂天的“氣體地球動力學”與“氣體地球觀”的科學思路。這必將起到“四兩撥千斤”的巨大功能。這里的“四兩撥千斤”指的是對地質學各個領域（如巖漿作用、熱液作用、變質作用、大地構造學，乃至重大自然災害的成因等）的徹底革命，而地震學僅是其中的一個分支學科而已。

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［34］ 張之一.石油深部起源研究進展［J］.巖性油氣藏，2010，22（1）：134－138.

［35］ 張榮華，張雪彤，胡書敏，等.中地殼的水－巖作用對相關的地球物理性質影響［J］.巖石學報，2007，23（11）：2943－2954.

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More Discussion on the Relationship between Wenchuan Earthquake and Deep Gas

ZHAG Jing－lian1，DU Le－tian2，CAO Zheng－lin1，YAN Chun－feng1，WANG Bin－ting1

（1.Northwest Branch，Research Institute of Petroleum Exploration and Development，PetroChina，Lanzhou 730020，China；2.Beijing Uranium Geology Research Institute，Beijing 100029，China）

P315.1

A

1000－0844（2011）01－0096－06

2010－05－10

張景廉（1941－），男（漢族），江蘇常熟人，從事油氣地球化學與成因研究.