地震力學(xué)成因及前兆機(jī)理研究

陳立德 付虹 張翔 胡小靜

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

關(guān)鍵詞：地震前兆;巖漿活動;地震成因;地震預(yù)報

中圖分類號：P315.1文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：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7.2級地震后，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深、大地電磁測深、大地測量和流動重力測量等工作，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)觀測臺站。唐山地震后多家研究機(jī)構(gòu)對唐山地震的深部結(jié)構(gòu)、構(gòu)造等進(jìn)行過多次探測和研究，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資料。利用這些資料可以開展從震中到外圍，異常開始時間、幅度和范圍等方面的前兆異常時空演化特征研究，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、實驗研究結(jié)果等資料，再次討論地震的力學(xué)成因，巖漿活動力學(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)簡述

地震力學(xué)成因問題是地震預(yù)報研究最基礎(chǔ)、最根本的問題。符合客觀實際的地震力學(xué)成因理論，可較圓滿和合理地解釋地震的時空分布、前兆異常和時空演化等特征。下面簡述現(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日美國舊金山圣安德烈斯斷層發(fā)生8.3級大地震，美國地質(zhì)學(xué)家里德根據(jù)沿斷裂300多千米范圍內(nèi)發(fā)生滑動和地震前后三角測量結(jié)果，提出了彈性回跳理論（張肇誠，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破裂面（斷層）的錯動更為復(fù)雜;另一理由為里德假設(shè)的應(yīng)變積累過程對斷層兩側(cè)塊體長期逆向運(yùn)動缺乏合理說明（宇津德治，1990;張肇誠，張煒，2008）。

2011年3月11日日本東海發(fā)生9級巨震，據(jù)媒體報道日本地震協(xié)會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。板塊的相對運(yùn)動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)動的力源做出了解釋，因此彈性回跳理論在我國地震界曾被廣泛認(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)動力。他認(rèn)為構(gòu)造穩(wěn)定區(qū)之所以穩(wěn)定，是因為其下部的韌性層變形速率低，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，極震區(qū)熟睡的人、器物、房頂被高高拋起，睡時頭朝東、震后頭朝西等現(xiàn)象均顯示唐山地震時有強(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)成因為深部巖漿活動的結(jié)論，并將其稱為巖漿活動型地震。

1.4其他類型地震學(xué)說

對于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，當(dāng)斷層閉鎖段阻止其運(yùn)動，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，塊體沿斷層發(fā)生快速滑動或破裂，即發(fā)生地震。簡言之，這兩種學(xué)說都認(rèn)為，地震是在大區(qū)域水平力作用下，由斷層活動引起的，以斷層活動為中心。另一類為巖漿活動地震成因?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，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，以巖漿活動為中心。

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

國外學(xué)者對非洲、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)域短時間快速遷移的結(jié)果（曾融生等，1985）。2018年墨西哥8.0級地震后不久，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有關(guān)的證據(jù)。

2.1巖漿涌入及附近熱源的熱應(yīng)力場分析

2.1.1巖漿涌入的熱應(yīng)力場分析

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）對計算時所設(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帶2個熱源影響。

張之立（1985）將溫度變化區(qū)簡化為圓形、狹長橢圓形變模式，分別求其解析解計算熱應(yīng)力場。兩種模式都表明：增溫區(qū)邊緣地帶是熱應(yīng)力的高值帶，同時具有最大水平剪應(yīng)力和周向張應(yīng)力;兩個熱源對唐山震區(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，巖漿活動引發(fā)地震，是巖漿上涌的勢能為主，還是溫差熱應(yīng)力為主。唐山7.8級、灤縣7.1級兩次主震震源深度均為22km，其后5級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對彈性回跳學(xué)說的質(zhì)疑

（1）1966年邢臺6.8級地震至今，中國境內(nèi)已積累了200多次震例研究報告。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級地震9次，5.0～5.5級地震10次。其中有2次6級以上地震發(fā)震時間間隔僅1分9秒，在10km范圍內(nèi)共發(fā)生7次6級以上地震。地震后張先康、劉啟元等先后對震區(qū)作了地震反射/折射、地震臺陣三維深部地殼結(jié)構(gòu)探測，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。

張國民（2013）研究發(fā)現(xiàn)，中國境內(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，一個地震孕育時間應(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)震間隔時間，顯然是大區(qū)域塊體緩慢水平運(yùn)動積累應(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)代火山活動已持續(xù)幾百年上千年，因此我們推測地震窩叢集發(fā)震原因可能與深部巖漿活動有關(guān)。

（4）中國大陸地震多發(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)，及東南沿海火山、高溫溫泉活動帶上。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，實測溫度高達(dá)1000℃～1300℃，推測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級地震12次，震源深度為16～24km，按上述地溫梯度計算，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資料后指出，河北邢臺、唐山凹陷的正斷層，只能延伸到地下5～6km深度。

2.3巖漿活動型地震學(xué)說的實證依據(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（張國民，2013;劉國棟，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，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剖面測線上的人工放炮點(diǎn)及坐標(biāo)點(diǎn)編號。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級地震前，經(jīng)唐山震中區(qū)的重力測線分別有北京—天津—山海關(guān)鐵路測線和北京—三河—玉田—唐山—樂亭公路測線，兩測線在唐山的測點(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顯示鐵路測線若以北京為起點(diǎn)，重力值1971—1975年累計上升130μgal，震后逐漸降低（圖4b）;1976-03-24—1976-07-03公路測線共有2次測值，震前3個多月唐山震中區(qū)重力值上升了165μgal，震后略有下降（圖4c）。陳運(yùn)泰等（1980）、張國民（2013）都認(rèn)為，唐山地震重力異常可能為地殼深部或上地幔融熔熱物質(zhì)涌入地殼淺部引起，據(jù)異常量級估算，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，震前半個月至1976年7月13日，唐山震中區(qū)及其附近地區(qū)，相對于周邊玉田、承德、秦皇島、天津、北京、黃驊等地測點(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。地電阻率觀測臺站記錄資料顯示，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300km，NS寬100km的異常區(qū)。異常持續(xù)時間在震中及其附近長達(dá)2.5年，在震中外圍僅幾個月。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）（張國民，2013）。

（2）地下水位升降異常。京津唐地區(qū)地下水位觀測井大多封閉性好、干擾小，圖8列出了7口井的有關(guān)資料（張國民，2013）。由圖可見，唐山天津一帶地下水位異常開始時間為1972年底，與地電阻率異常開始時間相似;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。對比華北地區(qū)地磁垂直分量測值，地磁異常開始于1975年7月，異常幅度最大時段為1976年3—4月（圖9）（張國民，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（張國民，2013）。

綜合地電阻率、地下水位、地磁垂直分量等觀測資料可見，唐山地震前其異常開始和持續(xù)時間、幅度等特征，均顯示震中區(qū)異常開始早、持續(xù)時間長、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年和幾天至幾個月類似于地震的中期和短臨時段，火山口附近觀測到的宏觀、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;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、長崎等火山噴發(fā)前10天、30天和90天左右，觀測到地傾斜、電阻率、地磁等測值出現(xiàn)急劇變化等情況。如1986年伊豆火山噴發(fā)前3個月，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）。火山噴發(fā)前幾天至3個月時段，火山口附近能觀測到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，是由巖漿活動引起，它與地震前兆出現(xiàn)時段及形態(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)有過巖漿活動的證據(jù)，同時巖漿上涌又是重力、地溫測值升高的唯一原因。其原因為：①只有物質(zhì)快速遷入才能引起重力測值快速上升;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;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，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沖擊巖漿囊，產(chǎn)生地脈動、晃動等現(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產(chǎn)生一種低頻、振幅大的長周期形變波。1986年11月日本伊豆大島火山噴發(fā)后2個月內(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巖漿囊在不停地?fù)u動（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，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、氣體組分等測值會突然大幅度上升，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)時堵時通的情況，離子和氣體組分測值會出現(xiàn)時有時無的巨漲落變化，并顯現(xiàn)出異常持續(xù)時間不長的特征。淺層冷水因形變使裂隙與溫泉連通，溫泉水溫會出現(xiàn)降低異常。

4結(jié)論和討論

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

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

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)成因是因巖漿活動所致，是典型的巖漿活動型地震。

（2）巖漿活動既是地震發(fā)生的原因，同時也是各類前兆測值出現(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)各類前兆測值異常出現(xiàn)早，持續(xù)時間長、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)報要建立在大量震例研究的基礎(chǔ)上，遵循創(chuàng)新驅(qū)動原則，采用新概念、新理論、新技術(shù)，預(yù)報水平才有希望得到提高。

參考文獻(xiàn)：

陳立德，付虹.2014.地震預(yù)報新概念[M].北京：地震出版社，10-24，68-80.

陳運(yùn)泰，顧浩鼎，盧造勛.1980.1995年海城地震與1976年唐山地震前后重力變化[J].地震學(xué)報，2（1）：21-30.

皇甫崗，姜朝松.2000.騰沖火山研究[M].昆明：云南科技出版社，334-380.

李玉鎖，修濟(jì)剛，李繼泰，等.1998.火山噴發(fā)機(jī)制與預(yù)報[M].北京：地震出版社，68-80.

劉昌銓，楊建.1983.唐山地區(qū)柏各莊—豐南—豐寧地殼測深資料的新解釋[J].地球物理學(xué)報，26（增刊1）：628-640.

劉國棟.1984a.地殼上地幔結(jié)構(gòu)研究的某些新進(jìn)展（一）[J].地震學(xué)刊，（1）：29-36.

劉國棟.1984b.地殼上地幔結(jié)構(gòu)研究的某些新進(jìn)展（二）[J].地震學(xué)刊，（2）：17-22.

馬宗晉，汪一鵬.2001.青藏高原巖石圈現(xiàn)今變動與動力學(xué)研究[M].北京：地震出版社，177-182.

梅世蓉.1982.一九七六年唐山地震[M].北京：地震出版社，405-449.

蘇迺秦，王海濤.2003.1997年1月21日至1998年8月27日新疆維吾爾自治區(qū)伽師強(qiáng)震群[G]∥中國震例（1997—1999）.北京：地震出版社：1-39

徐常芳.2003.中國大陸殼內(nèi)與上地幔高導(dǎo)層成因及唐山地震機(jī)理研究[J].地學(xué)前緣，10（特刊1）：101-111.

宇津德治.1990.地震事典[M].李裕徹，盧振業(yè)，丁鑒海，等譯.北京：地震出版社，13-16.

曾融生，陸涵行，丁志峰.1988.從地震折射和反射剖面結(jié)果討論唐山地震成因[J].地球物理學(xué)報，31（4）：383-398.

曾融生，張少泉，周海南，等.1985.唐山地震區(qū)的地殼結(jié)構(gòu)及大陸地震成因的探討[J].地震學(xué)報，7（2）：125-142.

曾融生，朱露培，何正勤，等.1991.華北盆地強(qiáng)震的震源模型兼論強(qiáng)震和盆地的成因[J].地球物理學(xué)報，34（3）：288-301.

張國民.2013.地震預(yù)測科學(xué)研究論文選[M].北京：地震出版社，14-95，152-159.

張肇誠，張煒.2008.地震預(yù)報的歷史解讀與思考[M]//中國地震局地震預(yù)測研究所，中國地震臺網(wǎng)中心，中國地震學(xué)會.中國地震預(yù)報探索.北京：地震出版社，100-110.

張之立.1985.唐山地震熱力源的研究[J].地震學(xué)報，7（3）：45-56.

AkiK.2009.預(yù)測地震和火山噴發(fā)的地震學(xué)[M].尹祥礎(chǔ)譯.北京：科學(xué)出版社，20-21.

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

Keywords：earthquakeprecursor;magmaticactivity;earthquakemechanics;earthquakeprediction