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地震结构爆裂动力学理论 《广东科技》2008年⑨期，公布了曾雄飞的“地震结构爆裂动力学理论”。传统理论认为，地震是板块挤压的结果，因而人类无法预报地震。地震台网只能被动地接受地震波。据国家测绘局、中国地震局2008年9月3日公布的汶川地震地形监测结果，龙门山断裂带，西侧块体向东偏南运动，位移20 – 70 cm，东侧块体向南偏北运动，位移20 – 238cm，东侧块体下沉30 -70cm。陕西南部、陇南和珠峰均有位移。挤压无法解释这种地形变化，而爆裂理论可以正确地说明这种变化。如果将多个探针布置在断裂结构的两侧，监测断裂结构的物理力学变化，可以发现震中的位置及其物性变化，因而可以预报地震。 中国大地震规律 地震结构爆裂动力学理论 摘 要 地震是地球断裂构造释放能量的窗口，含能量积聚、触发、爆发和沉寂四阶段。 地震是震源断裂结构的爆裂过程，该结构内压力超过岩层的断裂强度和重力之和时，地震随之爆发。对地震的触发，太阳活动影响最大，月球和太阳引力也有影响。断裂结构内的磁场异变和赵锬的形变矢量观察具有临震警报意义。 关键词 断裂构造 地震动力学 太阳黑子 月球引力 临震警报 2008年5月12日14时28分，四川汶川大地震，折射出人类对地球的认识还那么苍白，也承载着基础科学理论研究之重。人类太需要重新认识地球了。下面将从星球运动的大角度探讨中国百年地震发生的规律，本文节选自报告[1]。 1 地震发生的力学条件 爆炸地质动力学理论曾经指出，地震是星球撞击大爆炸的产物[2]。有颗原行星撞向原太阳，发生大爆炸，产生了地球和金星；产生了地球的板块，盆地。大爆炸冲击波形成了环太平洋断裂带，也成为地震带，集中了全球90%以上的地震；几乎全球所有的大地震都集中在这条地震带上。汶川大地震就处于茂汶大断裂上，这一断层切入到了地幔。地震是岩层的爆裂过程，震源是一类断裂构造，是地球向外释放能量的窗口。当该能量形成的压力超过地壳岩层的断裂强度和重力两者之和时，于是乎发生爆裂，地震发生了。因此研究中国大地震首先必须结合大断裂带，从断裂构造入手。
Pj：构造内压力；σ：岩层断裂强度；Pw：岩层的压力（重力） 图1 震源构造示意图 设地壳内某震源的断裂构造，如图1所示，该构造内积聚的压力为Pj，岩层的断裂强度为σ ，岩层的压力（重力）为Pw。应有Pw = ρgh， ρ为岩层密度，g重力加速度， h为岩层的厚度。V，T 分别表示断裂结构内部的体积和温度。 地震发生的物理力学，也就是爆裂动力学条件是： Pj – (σ + Pw ) > 0 临震条件为 Pj – (σ + Pw ) = 0 (1) 由热力学第一定律，内能dE = δq – PdV, 地震的爆裂极其迅速，可看作绝热过程，δq ≈ 0，于是有dE = – PdV。压力P满足式（1）条件，于是有dE = – PdV = – (σ + Pw) dV，重力引起的压应力，Pw = ρgh，于是有dE = – PdV = – (σ +ρgh ) dV；考虑到断裂强度和重力不受体积影响，设v表示爆裂后增加的体积，E记地震释放出的能量，便有 E = (σ +ρgh ) v （2） 利用古登堡建立的地震能同震级的联系[5]，lgE = 11.8 + 1.5M ，其中M 表示震级。能量单位erg。这样地震能同震级的联系为 lg (σ +ρgh ) v = 11.8 + 1.5M （3） 式（3）建立了震级同岩层断裂强度，震源深度和震后破裂体积同震级之间的联系。地震理论研究为地震预报和规避地震灾害，提供了科学的支撑。 2 环中国 – 西太平洋断裂带与地震发震过程 星球撞击大爆炸，太平洋和印度洋大爆炸形成了环中国 – 西太平洋断裂地震带：北部是堪察加和阿拉斯加带；东部带是日本、台湾到菲律宾；南部是印尼；西部是贯穿辽宁、河北、宁夏、甘肃、四川、云南和西藏东部的断层地震带。亚洲的主要地震集中在这条环带上。主要由百度网[3]，1902年至2008年，从1902新疆阿图什8.3级地震到2008年汶川8.0级和日本岩手县7.2级地震，该带发生了160次大地震（7级以上），包含极少量东太平洋的地震和其他地震。 这些地震很难用板块挤压进行解释。东太平洋和西太平洋可以同时发生地震；中国东部和西部也可同时发生地震；西藏和印尼也接近同时发生地震；北部堪察加与四川，日本与新疆也大约会同时发生地震；日本和台湾则更经常同时发生地震。地震的发震取决于断裂构造爆裂的力学条件，即式（1）的条件，在外力的触发下，在地震构造内无论何地何时都可能发震。 对于一个确定的地震构造，其发震过程可分为四个阶段：能量积聚期；触发期；爆发期（爆发，余震）和沉寂期（再积聚）。 地球是一个活动的星体，地球内部存在能量的产生和向外辐射的过程。地核温度高达4700℃，上地幔的温度也达1000℃。温度从高温区向低温区迁移是天然过程。太平洋断裂带是大爆炸冲击波汇聚区，形成了充分发育的大断裂构造。积聚周期可以通过爆发周期进行描述；爆发周期也可以通过积聚周期描述。
图2 大地震年释放的能量与时间 图3 年发震频率对时间的关系
图4 1800年至1990年太阳黑子的活动周期 百年大地震年释放的能量与时间的关系由图2给出。图中的地震能量相对于7级地震（7级地震能量取作1）。从图2看出，能量释放有3种情况：7.4级，8.2级和超大级地震。7.4级和8.2级地震，没有明显确定的周期，呈现波动；超大级地震的发震周期约为55 – 58年。图3给出了年发震频率对时间的关系。图4给出了1800年至1990年太阳黑子的活动周期，引自文献[4]。可以看出，大地震活动同太阳活动（黑子）有明显的关联。图5和图6分别给出了1902年至2008年137次大地震，阳历月爆发频率对月的关系，阴历日爆发频率对日的关系。 太阳黑子活动是太阳内部活动的结果。面积可达到180亿km2，抛射数十亿吨物质。看来，太阳活动明显地影响地球活动，影响地震结构能量的积聚。太阳黑子活动高峰期（年）普遍发生的大地震：1833云南嵩明8级；1850西昌7.5级；1905印度8级；1906厄瓜多尔8.8级，旧金山8.3级；1908智利8.6级；1918千岛8.3级；1920海原8.5级；1923日本关东8.3级，勘察加8.5级；1927古浪8级；1931新疆富蕴8级；1938印尼8.5级；1946日本8级；1950西藏察隅8.6级，印度8.5级；1951西藏当雄8级；1952堪察加9级；1957阿拉斯加9.1级；1958千岛8.3级；1960智利9.5级；1964阿拉斯加9.2级；1965阿拉斯加8.7级；1970云南通海7.7级；1972台湾8级；1976唐山7.8级；1978千岛8.2级；1985墨西哥8.1级；2001秘鲁8.4级，印度7.9级。这些地震说明黑子活动有明显的触发大地震的作用。
图5 阳历月爆发频率—时间关系 图6 阴历日爆发频率—时间关系 阳历月爆发频率对月的关系反映了地球公转，受太阳引力的影响，元月30日地球奔向近日点，发震频率有所增加。阴历日爆发频率对日的关系反映月球公转引力对地震触发的影响（有称固体潮），15至19和初3至初5，发震频率有明显的增加。月引力的触发较为显著些。 在外部附加触发力（拉力或推力）作用下，地震断裂结构所积聚的能量超过该结构岩层断裂强度和重力之和时，类似“蝴蝶效应”，地震便爆发。通过做膨胀功、粉碎功、抛射功，以及以地震波的形式向远处传递、消耗，最后恢复到平衡位置。地震的爆发（岩层破裂）伴随岩层的垮塌封堵，外力的推拉，作用与反作用，能量的转移和交换，也伴随弹性和非弹性反射，因而是一个波动过程，伴有余震的发生，有时要持续很长时间。 对于一个特定的地震结构，爆发期的结束就是沉寂与再积聚期的开始。地震对岩层的破坏是不可逆的。震源会发生迁移。地震的复发周期通常是不稳定的。不可过度地依赖复发周期进行地震的预测。要更多地监测地震结构的运动状态，其能量的积聚程度，是否已经达到临震条件。 3 地震预报与地震能释放工程 从百年大地震的爆发规律可以看出，地震是地震断裂结构的爆裂过程，是地球内部能量释放的窗口。地震断裂结构的爆裂理论为大地震预报提供了思路。 首要任务是，必须查清环中国 – 西太平洋断裂带的震源的断裂构造，体态相貌，分布走势，深浅情况，断距，断层分布等。 其二，监测该地震断裂构造及断裂带能量积聚的动力学过程。地震能量的积累，一方面同地球内部能量向地壳释放和积聚有关，另方面也会影响包围该断裂构造的断块的力学性能，局部的破坏又将引起岩层物理化学性质的变化。应采用综合手段监测。地面探测对临震更具实际意义，探针应科学布置于整个构造体，不能只布置于某一侧。 其三，临震监察。太阳活动、月球引力和太阳引力对断裂构造的（推拉）作用，将使断块应力高度集中，引起断层的力学性质变化，电磁场的变化，应力波的变化，温度场的变化，甚至局部构造可能破裂，进而产生局部能量的释放，又将影响地貌的变化，动物的生理反应等等。对所有这些信息，都应高度重视，结合该地震构造的历史状况进行综合性的评估，做出临震的判断。 北川中学傅丽颖日记：张老师讲磁现象，14点15分，指南针不断地快速转动，等了好久也没停，逗得我们哈哈大笑。13分钟后发生地震。科技日报报道（2008-06-11），1855年江户大地震前，使磁铁失去磁力，2小时后爆发地震。提示磁场异动有临震的指标意义。 赵锬（1977）提出形变矢量观察，震前3天矢量均指向震中，地震越大，倾斜矢量越大[5]。这一方法值得特别重视。楚雄形变点观察，探针布置在断裂构造的两侧，已经获得龙陵、宁蒗、盐源、峨山、思茅等地震的验证。 地震断裂结构的磁场和形变异常是临震预警的灵敏指标，应进行实地实时的联动监测，深入进行理论分析和探测技术研究，形成临震理论系统和预警体制。在大地震结构区，建立地震警报系统，及时发出警报。 其四，地震结构内部能量释放工程理论和技术研究。当断裂结构内压力没有达到岩层的断裂强度和重力两者之和前，实施先行释放，局部释放，或是通过较低级地震进行释放，可以避免（毁灭性）大地震的发生。新世纪实施这个工程的科技条件将逐步成熟。随着科技的进步，还可以化害为利，把这个洁净的能源利用起来为人类服务。
曾雄飞 2008年7月23日于大亚湾沉思斋 参考文献 [1] 曾雄飞．中国大地震规律初探——爆炸地质动力学理论在地震研究中的应用．北京：第七届中国科学家论坛，2008年6月27–29日． [2] 曾雄飞．新原子论及其应用研究——油气成矿爆炸地质动力学理论．广东：广东科技杂志社，2008年6月 [3] 百度网． [4] Margaret G. Kivelson， Christopher T. Russell 主编， 曹晋滨，李磊等译． 太空物理学导论． 北京：科学出版社，2001 [5] 刘正荣． 地震预报[M]．北京：地质出版社，2007 三宝科技网2008-09-13
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