構造地震形成機理探討

毛松林 蔡欣欣 江敏

摘 ?要：該文綜合分析了斷裂構造在地表的展布形態和在剖面上斷面的產狀、斷層帶內充填物、地震震源機制解、地下核爆炸地表破壞效應等基礎上，提出了“斷面凸破”地震成因物理模型假說。基于斷面凸破模型，解釋了發生在板塊內部和板塊俯沖帶上大小地震的破裂特征，以及地震的孕育和發生過程中所表現出來的眾多效應或現象。同時提出了需進一步驗證此模型的研究課題。

關鍵詞：斷面凸破 ?地震機理 ?物理模型

中圖分類號：TU457 ? 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2019）11（a）-0001-03

地震成因理論在防震減災各個方面均具有基礎性、指導性地位。地震成因理論或假說眾多，而地震形成機理的物理模型鮮有介紹。我們結合斷裂構造特征、震源機制解以及地下核爆炸地表破壞效應等相關研究成果，提出并建立地震形成機理物理模型—斷面凸破地震成因物理模型，以期給出一個清晰的地震成因物理圖像。

1 ?斷面凸破地震成因物理模型

斷面凸破的“斷面”指的是斷層面，“凸”指的是由于斷層面的不平整隨之造成斷面上巖石的相對凸體，稱“斷面凸體”，“破”指的是斷面凸體受到斷層兩側應力集中碾壓（壓剪作用），產生破裂，隨即產生地震。換句話說，斷面凸破是指斷層面上存在的巖石凸體，受斷層應力作用產生破裂，引起地震，這就是斷面凸破模型對地震發生機理的一般描述。斷面凸體與其斷層的形成同步產生，斷層形成后，斷面凸體便存在于斷層的各個部位，位于兩個斷層面上的凸體和凹區，首尾相連，無論按斷層傾向還是斷層走向，凸體貫穿于斷層始末，如圖1初始階段示意圖所示。斷面凸體為什么會在斷層兩盤相對擠壓剪切應力作用下產生破裂，隨之引起地震呢？首先，這是由于斷面凸體阻礙了斷層的相對運動，其前端成為應力集中點;其次，斷面凸體存在于斷層面上，相對斷層兩盤巨大巖體而言，體積較小，因此，基于以上兩個因素，斷面凸體的破裂是必然的，如圖2斷層蠕動階段示意圖、圖3地應力集中階段示意圖、圖4地震雛形階段示意圖所示。斷面凸體相對較小，斷面凸破產生的地震就小，相反，斷面凸體越大，斷面凸破產生的地震就越大，如圖5地震階段示意圖所示。斷面凸體截彎取直破裂，并從斷層面上分離出形似透鏡體狀的巖體，巖體進一步受力再破裂稱為余震，如圖6余震階段示意圖所示。

從上述斷面凸破原理分析可知，斷面凸破本質是，在地應力作用下不平直斷層的截彎取直破裂（產生地震），因此，地震是斷層演化過程中的產物。板塊構造理論及其地殼運動為地震成因提供了動力源，斷面凸破地震成因物理模型的認識和觀點表現在以下幾個方面。

一是對發震斷層本質特征的認識。斷面凸破模型認為，斷層面不平直表現出斷層兩個面互為凸凹體，其中凸體稱斷面凸體，是斷層盤巖體的一部分，巖性及其力學性質相同。且斷面凸體收尾相連，貫穿于斷層始末。二是對震源點位置的認識。斷面凸破認為斷面凸體在斷層兩盤壓剪應力作用下，凸體前端受力最大，應力集中最易破裂（產生地震），即地震起初破裂點——震源位于斷面凸體邊緣受力最大點。三是地震破裂過程的認識。斷面凸破模型認為，斷面凸體的破裂產生地震，凸體的截彎取直破裂過程，即一次主震的連續完整序列，凸體受力以截彎取直形式破裂同時被推移，即造成了地震滑移，而此時孕震斷裂則幾乎不運動，震后調查孕震斷裂的活動遺跡，應為地震波引起的同震效應。四是對余震及其產生機理的認識。斷面凸破模型認為，余震是由斷面凸體破裂并從斷層面上分離出來的形似透鏡體狀的巖體，受應力作用進一步被壓剪破裂引起的地震——這時稱余震。余震的空間分布限定在形似透鏡體的巖體內。

2 ?斷面凸破模型詮釋地震的孕育和發生及其部分地震效應

2.1 震后斷層活動遺跡

由斷面凸體破裂并滑動形成的地震斷層，位于地下震源附近，也可能延伸到地表，其明顯的特征是斷層是新產生的，兩盤留有斷層擦痕。而震后地表暴露出來的發震斷層和其他斷層的錯動或張開，是由地震斷層破裂到地表或地震波傳播過程中遇到斷層不連續面，造成斷層兩盤相對運動在地表留下的活動痕跡，應劃歸為地震效應的一種類型，與地下核爆炸引起的地表斷層活動類似。

2.2 余震

凸體以截彎取直形式破裂，被剝離下來的凸體常常呈透鏡體狀（地表出露的斷層破碎帶中常見到斷層透鏡體），暫且稱為“地震透鏡體”。主震過后，斷層兩盤繼續對地震透鏡體碾壓，產生相對主震震級較小的、在時間上晚于主震的地震，稱余震，并具有以下特征：（1）與主震產生的機理相同;（2）余震與主地震破裂面存在一定的夾角;（3）余震被限定在地震透鏡體范圍內。

2.3 板塊俯沖帶地震

大洋中脊深處不斷上涌的巖漿形成海底火山，正是洋殼上的巖石凸體，與斷面凸體的結構相似，當一個或一排海底山脈被推移到俯沖帶的接觸面時，大陸板塊只有將這些大小凸體“推倒”了，洋殼才能繼續俯沖下去，海底山脈被推倒破裂的過程就是地震過程（見圖7），由于海底山脈受到大陸板塊的阻擋，倒過來看就是大陸板塊推擠海底山脈，這種條件下海底山脈的破裂屬于張剪性質，這就為張剪性斷裂的震源機制解找到了依據（見圖8）;環太平洋地震帶是否進入到活躍期，決定因素有兩個：一是剛剛進入俯沖帶的海底山脈是否密集;二是海底擴張速度是否加快了。

3 ?結語

斷面凸破地震成因物理模型，對于地震成因、地震孕育和發生過程中各種現象及其之間的聯系具有較合理地解釋，但目前還處于資料的分析和假說階段，有必要進一步開展不同材料不同尺寸的實驗研究、建模并進行數值計算、地震遺跡現場調查以及監測分析地震的完整過程等四項研究工作，完善和驗證該理論。

參考文獻

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