杜建國(guó) 仵柯田 孫鳳霞 崔月菊 李靜 王昌盛

1.高壓物理與地震科技聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室，地震預(yù)測(cè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，中國(guó)地震局地震預(yù)測(cè)研究所，北京 100036 2.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)地球科學(xué)與資源學(xué)院，北京 100083 3.防災(zāi)科技學(xué)院，燕郊 065201

地震和火山都是地質(zhì)歷史中常發(fā)生的事件。在南非晚太古代Kameeldoor建造(2.8Ga)中已發(fā)現(xiàn)了震積巖(Schneiderhanetal., 2005)；在北京房山地質(zhì)公園中元古界霧迷山組發(fā)現(xiàn)了地震-海嘯的巖石記錄(梁定益等, 2009)；最近，作者在河北柳江盆地上寒武統(tǒng)崮山組底部發(fā)現(xiàn)了震積巖。盡管人類對(duì)地震奧秘的探究一直沒(méi)有停止，但是地震成因尚存在爭(zhēng)議。1906年舊金山大地震之后，根據(jù)地表位移提出了彈性回跳假說(shuō)(Reid, 1910)，認(rèn)為大部分地震是由剪切斷錯(cuò)引起的，標(biāo)志著地震學(xué)成了一門新學(xué)科。但是該唯像模型的致命錯(cuò)誤是把地表位移(surface displacement)當(dāng)作斷層位移(fault displacement)。在巖漿活動(dòng)產(chǎn)生地震的圓錐形力系模型基礎(chǔ)上，建立了“補(bǔ)償線性-矢量偶極模型”(compensated linear-vector dipole, Knopoff and Randall, 1970; Foulger andJulian, 2015)。20世紀(jì)60年代，建立了雙力偶模型：在各向同性的彈性介質(zhì)中剪切斷層等價(jià)于在一個(gè)錯(cuò)動(dòng)面上的雙力偶分布(Burridge and Knopoff, 1964)，經(jīng)過(guò)定量研究雙力偶力系模型，使其逐步成為傳統(tǒng)的地震成因模型(Sykes, 1967; Isacksetal., 1968)，促進(jìn)了地震學(xué)的定量化發(fā)展。但是，雙力偶模型的假設(shè)條件與固體地球非均勻、不連續(xù)、各向異性的含流體巖石介質(zhì)完全不符。地震儀記錄到的非雙力偶型地震并不支持雙力偶模型(Julian and Sipkin, 1985; Julianetal., 1998; Milleretal., 1998; Foulger and Julian, 2015)。

針對(duì)中國(guó)大陸地震活動(dòng)的特點(diǎn)，已提出了多種成因模型，如大地震孕育發(fā)生的三階段模式(郭增建等, 1974)、雙層破裂模型(曾融生等, 1991)和地幔亞熱柱控震模型(孫愛群等, 2010)、“堅(jiān)固體孕震模式”(Mei, 1995)、綜合模型(秦保燕, 1996)、巖體勢(shì)-動(dòng)能轉(zhuǎn)換模型(徐常芳, 1998)、外力誘導(dǎo)致震模型(黃廣思等, 2004)、“顆粒模型”(陸坤權(quán)等, 2012)、流體隱爆模型(Duetal., 2008; 杜建國(guó)等, 2010, 2018a; Duetal., 2021)以及燃?xì)獗Ｐ?岳中琦, 2013)，等等。眾多的地震成因模型大致可歸納為8種類型：流體隱爆、隕石撞擊、礦物相變、火山噴發(fā)、巖崩、核爆、化學(xué)爆炸和水庫(kù)誘發(fā)模型等(杜建國(guó)等, 2018a)。但是，哪種是產(chǎn)生天然中-強(qiáng)地震的主要成因機(jī)制尚需深入研究。

19世紀(jì)中葉提出了隱爆角礫巖的概念以來(lái)，在世界各地發(fā)現(xiàn)了越來(lái)越多的隱爆角礫巖；隱爆角礫巖受到找礦方面的重視，成為尋找金屬礦(金、鈾、鉬、鉛等等)的標(biāo)志(Speers, 1957; Wright and Bowes, 1968; Officer and Carter, 1991; Laznicka, 1989; Jébrak, 1997; Xuetal., 2000; 卿敏和韓先菊, 2002; Rossetal., 2002; Cox and Ruming, 2004; Laughtonetal., 2005; Lietal., 2012; Craw, 2013; Gaoetal., 2017)。文獻(xiàn)中較老的隱爆角礫巖是在加拿大西部1.60Ga的沃柰克超群(Wernecke Supergroup)中發(fā)現(xiàn)的(Laughtonetal., 2005)。最近，我們?cè)诤颖绷璧靥糯?2.5Ga)條帶狀混合花崗巖中發(fā)現(xiàn)了隱爆角礫巖。迄今為止，在中國(guó)至少有440處發(fā)現(xiàn)了隱爆角礫巖(Duetal., 2021)，大約80%為燕山期形成的，其次為前燕山期的，9處為喜山期的。隱爆角礫巖是地球內(nèi)部流體壓力大于圍巖強(qiáng)度和上覆巖石重力之和時(shí)，發(fā)生爆炸形成的動(dòng)力變質(zhì)巖(Laznicka, 1989; 章增風(fēng), 1991; Jébrak, 1997; Xuetal., 2000)，隱爆角礫巖形成的同時(shí)產(chǎn)生地震。根據(jù)引起爆炸的流體狀態(tài)，隱爆角礫巖大體可歸納為：巖漿爆炸、熱液爆炸和蒸汽爆炸角礫巖(Laznicka, 1989; 章增風(fēng), 1991; Officer and Carter, 1991; Jébrak, 1997; Xuetal., 2000; 卿敏和韓先菊, 2002; Daviesetal., 2008; Casetal., 2011; Gaoetal., 2017)和流化角礫巖(Lietal., 2012)。本文意在根據(jù)巖石學(xué)觀測(cè)資料和大地震現(xiàn)場(chǎng)考察資料以及能量估算結(jié)果，解釋一些地震地質(zhì)現(xiàn)象和地震的成因。

1 隱爆角礫巖

隱爆角礫巖結(jié)構(gòu)和構(gòu)造與火山角礫巖和斷層角礫巖的截然不同。隱爆角礫巖形成于各種類型的寄主巖石中，其角礫成分可以是各種巖石和礦物，但在一個(gè)地點(diǎn)角礫成分是單一的，呈棱角狀，幾何尺寸從微米級(jí)到米級(jí)；基質(zhì)是從高溫?zé)崃黧w中晶出的，為熱液化學(xué)沉淀或巖漿冷凝的礦物；典型的構(gòu)造包括拼圖構(gòu)造、樹枝狀構(gòu)造、網(wǎng)狀構(gòu)造等等。隱爆角礫巖中有時(shí)可見爆轟沖擊波造成的碎裂錐(shatter cone)，如在加拿大蘇必利爾東北的斯萊特群島的前寒武系中發(fā)育完好的天然碎裂錐，是沖擊波作用的產(chǎn)物(Sage, 1978)。西秦嶺分布著許多隱爆角礫巖，例如陜西商洛縣碾子洼隱爆角礫巖，角礫的成分為灰色微晶石英巖，角礫的大小從微米到厘米級(jí)或更大，棱角狀，具拼接構(gòu)造；早期的裂縫被細(xì)粒石英和斜長(zhǎng)石充填；晚期的裂隙切斷早期巖脈，由方解石充填(圖1)，表明至少發(fā)生過(guò)兩次隱爆，如果隱爆時(shí)間間隔不長(zhǎng)，產(chǎn)生了雙震型古地震或古地震群。

圖1 陜西商洛縣碾子洼隱爆角礫巖的手標(biāo)本和單偏光顯微鏡下照片

柳江盆地新太古代條帶狀花崗巖化片麻巖，同位素年齡為250Ma(林建平等, 2005)，上覆元古代青白口紀(jì)長(zhǎng)龍山組碎屑巖。暗色花崗巖化片麻巖中形成的隱爆角礫巖，露頭顯示典型的網(wǎng)脈狀構(gòu)造，角礫和碎裂巖為暗色花崗巖化片麻巖，裂隙由石英充填；在顯微鏡下同樣呈現(xiàn)網(wǎng)脈狀構(gòu)造、樹枝狀構(gòu)造(圖2)。

圖2 河北省柳江盆地張崖子村西的隱爆角礫巖

柳江盆地東部落村東采石場(chǎng)的露頭上，隱爆角礫巖呈現(xiàn)拼圖構(gòu)造、網(wǎng)脈狀構(gòu)造、樹枝狀構(gòu)造，角礫成分單一，為早寒武世府君山組的微晶白云質(zhì)灰?guī)r，大小不一，基質(zhì)(角礫間充填物)為多期形成的方解石；在顯微鏡下淺色脈狀基質(zhì)為不同粒度的方解石，也顯示拼圖構(gòu)造(圖3、圖4)。這些角礫巖的特征標(biāo)志著爆炸作用，是固體巖石在流體爆炸破裂的同時(shí)流體充填裂隙、降壓使流體過(guò)飽和、礦物晶出形成的，不是斷層錯(cuò)動(dòng)形成的。斷層角礫成分復(fù)雜，一般有定向性排列，呈扁豆?fàn)?，角礫間為機(jī)械破碎的更小的顆粒，粒徑小到微米，巖粉發(fā)生水化形成以含水礦物為主的斷層泥。顯然，地下爆炸形成隱爆角礫巖的同時(shí)，必然產(chǎn)生了地震。

圖3 柳江盆地東部落村東采石場(chǎng)隱爆角礫巖

圖4 柳江盆地東部落村東隱爆角礫巖照片

2 地震的能量來(lái)源

2.1 深部流體為地震傳輸能量

產(chǎn)生大地震的能量源于何處，是地球內(nèi)部超高壓力流體還是巖體斷錯(cuò)釋放的應(yīng)變能？答案是大地震是隱爆作用產(chǎn)生的，巖石聚集的應(yīng)變能不足以產(chǎn)生大地震。地球內(nèi)部有豐富的流體。已有資料表明，地幔中賦存了大量水(van der Lee and Wiens, 2006)，高溫高壓下流體的行為非常特殊，作為巖漿揮發(fā)分與熔體在高壓下可以完全互溶(Bureau and Keppler, 1999)。實(shí)驗(yàn)表明地核和下地幔內(nèi)可能有大量氫、氦、碳、氧、氮、硫等輕元素(張友聯(lián)等, 2011)。流體不斷地從地核和下地幔向外逃逸(Larin, 1993; Gilat and Vol, 2005; 杜樂(lè)天, 2017)。在超高壓條件下，惰性氣體也可以與其他元素化合，氦可以與其他輕元素形成固溶體或化合物。這意味著地球內(nèi)部超高壓條件下輕元素可能以固溶體、化合物或包裹體的形式被封存在地核和下地幔(Gilat and Vol, 2005; Pavlenkova, 2012; Hu and Liu, 2021)。當(dāng)溫壓條件變化時(shí)，氫、氦等輕元素從固相分離出來(lái)形成流體，向外逸散，使地球持續(xù)脫氣。高溫高壓實(shí)驗(yàn)表明，在核幔邊界水與地核的鐵反應(yīng)可以產(chǎn)生游離氫(Maoetal., 2017)。超臨界態(tài)流體攜帶大量能量，可以快速運(yùn)移，并且其熱導(dǎo)率在臨界點(diǎn)附近非常高，是非常好的能量傳輸介質(zhì)。地球化學(xué)測(cè)量表明，在地?zé)岷突鹕絽^(qū)氣體(Du, 1994; Duetal., 1999, 2005, 2006; Shangguanetal., 1997; Zhouetal., 2015)，裂谷盆地氣藏(Du, 1994; Duetal., 1998; 杜建國(guó)等, 2010)和斷裂帶的氣體(Wakitaetal., 1980; Zhouetal., 2010)均有地幔來(lái)源的氣體。地核內(nèi)的氫、氦等氣體溢出為核幔邊界“D”層形成，地幔柱、地震和火山活動(dòng)傳輸了能量。含流體震源介質(zhì)中，相對(duì)于屏蔽作用的巖石子系統(tǒng)，流體子系統(tǒng)則是一種高熱導(dǎo)、高能密的物質(zhì)；深部流體溶解的大量溶質(zhì)(礦物質(zhì))在爆炸產(chǎn)生的裂隙沉淀形成各種巖脈和礦脈，使屏蔽介質(zhì)重新具有強(qiáng)的屏蔽能力；形成新的封閉再次使流體聚集形成的超壓高能地體(羅照華等, 2009)。氦同位素組成與大地?zé)崃魍棵芮邢嚓P(guān)，用3He濃度估算的全球脫氣總能量釋放率為5.12×1020J/y，與現(xiàn)在地球表面大地?zé)崃髂赆尫拍芰康囊话胂喈?dāng)，這是全球每年火山和地震釋放總能量的5倍多(Gilat and Vol, 2005, 2012; Vol, 2014)。

在高壓下?lián)]發(fā)分流體與硅酸鹽熔體可以完全互溶(Bureau and Keppler, 1999)。當(dāng)溫度升高或圍壓降低時(shí)，深部超臨界流體會(huì)瞬時(shí)性升高壓力，超過(guò)圍巖限制壓力，有利于地震的發(fā)生。在巖石圈內(nèi)礦物晶出和揮發(fā)分從巖漿中分離出來(lái)可以提供足夠的能量產(chǎn)生地下爆炸。高溫高壓實(shí)驗(yàn)表明，在80～100km深度壓力條件下，碳酸鹽化堿性巖漿中CO2能夠從液態(tài)轉(zhuǎn)化為氣態(tài)(Loper and McCartney, 1988)。CO2在高溫高壓條件下可以溶解于硅酸鹽熔體，當(dāng)壓力低于～2.7GPa時(shí)，CO2出溶形成超臨界相CO2(Wyllie and Huang, 1976)。在深度10km左右(壓力～300MPa)的巖漿房，CO2出溶引起爆炸的能量約為1022J(Dalton and Presnall, 1998)。假設(shè)在超高壓克拉通地區(qū)80km深的范圍內(nèi)有一個(gè)40km直徑的球體，其內(nèi)CO2初始?jí)毫?.5GPa、體積分量為1%，突然釋放CO2所做的機(jī)械能在1022J數(shù)量級(jí)(Morganetal., 2004)。長(zhǎng)白山天池火山1199-1200年大噴發(fā)規(guī)模巨大，噴發(fā)柱高度為27km其上的火山灰云的高度可達(dá)33km，火山物質(zhì)噴射到了大約1200km以外(劉若新等, 1998; 崔鐘燮等, 2000)。據(jù)此，估計(jì)長(zhǎng)白山天池火山大噴發(fā)能量為3.1×1019J。美國(guó)黃石0.63Ma前超級(jí)火山爆發(fā)釋放的能量達(dá)到1.8×1019J，1980年5月圣海倫火山爆發(fā)的總能量為1.47×1017J，1815年印度尼西亞Tambora火山爆發(fā)釋放的能量為1.4×1020J(Gilat and Vol, 2005)。如此大的能量超過(guò)了1960年智利9.5級(jí)地震釋放的能量為4.02×1018J(Gilat and Vol, 2012)。顯然，在殼-幔內(nèi)聚集的超高壓流體能夠提供巨大的能量(Liang, 2017)，地殼和地幔中超高壓流體爆炸使巖石破碎和升溫，并產(chǎn)生地震波。

2.2 巖石積累的應(yīng)變能不足以產(chǎn)生大地震

構(gòu)造地震學(xué)說(shuō)認(rèn)為地震是斷裂瞬態(tài)位錯(cuò)、巖石釋放應(yīng)變能產(chǎn)生的。在巖石彈性變形階段，構(gòu)造應(yīng)力作用于巖石而積累的應(yīng)變能。盡管地球內(nèi)部巖石力學(xué)參量的具體值難以測(cè)得，但是可以利用固體材料力學(xué)方法，通過(guò)估算高強(qiáng)度材料積累的應(yīng)變能，厘定巖石積累應(yīng)變能的上限。根據(jù)利用地震矩估算的中-強(qiáng)地震釋放的能量，推算發(fā)生破壞性地震所需的震源體的體積。我們引用材料抵抗破損的極限能量經(jīng)驗(yàn)公式(Gilat and Vol, 2005)，材料機(jī)械損傷的極限能量(Q)是能量臨界密度(W)和彈性變形帶的最大體積(V)的函數(shù)，體積(V)是主破裂尖端半徑(r)與破裂面面積(S)的積，即：

Q=W×V=W×r×S

選用高強(qiáng)度優(yōu)質(zhì)鋼連續(xù)介質(zhì)的Q值與巖石不連續(xù)介質(zhì)做比較，優(yōu)質(zhì)鋼抵抗破損的能量密度值為2.06×109J/m3，取600km×100km×20km的立方體的優(yōu)質(zhì)鋼，其塑性變形帶的最大體積：V=1.96×10-3m×72×109m2=141×106m3，則這個(gè)優(yōu)質(zhì)鋼立方體屈服前能夠聚集的最大應(yīng)變能是(Gilat and Vol, 2005)：

Q=141×106m3×2.06×109J/m3=2.9×1017J

由于巖石的結(jié)構(gòu)連續(xù)性和彈性都沒(méi)有鋼的好，高的溫度、低的變形速率等因素會(huì)降低材料的應(yīng)變能，巖石內(nèi)的裂隙也會(huì)降低巖石的應(yīng)變能，所以巖石聚集的應(yīng)變能是很有限的。實(shí)際地質(zhì)情況下，震源體體積比上述優(yōu)質(zhì)鋼立方體的體積小，材料在彈性位錯(cuò)過(guò)程中不能快速釋放全部的應(yīng)變能，而且釋放的能量只有少部分轉(zhuǎn)化為地震波。實(shí)驗(yàn)測(cè)得花崗巖抵抗破損的能量密度值為8×102J/m3(謝和平等, 2005)，比優(yōu)質(zhì)鋼的低7個(gè)數(shù)量級(jí)。假設(shè)60km×10km×20km的巖石震源體內(nèi)延長(zhǎng)軸方向斷裂(破裂長(zhǎng)度60km)，釋放的應(yīng)變能應(yīng)該小于108J。這比3.0級(jí)地震釋放的能量(～2.0×109J)還要低。顯然，巖石斷裂釋放的應(yīng)變能不足以產(chǎn)生中-強(qiáng)地震。

2.3 產(chǎn)生地震的能量不是斷層位移釋放的應(yīng)變能

中國(guó)大陸東部除若干超殼斷裂和幾條巖石圈斷裂外，多數(shù)斷裂切割深度在11～12km滑脫帶以上，但是中-強(qiáng)地震的震源深度多數(shù)大于12km。斷層兩盤之間沒(méi)有明顯的位移，就不能釋放大量應(yīng)變能產(chǎn)生大地震。大地震現(xiàn)場(chǎng)考察表明震后沒(méi)有發(fā)現(xiàn)所謂“發(fā)震斷層”兩盤的相對(duì)位移，而是斷裂帶或隱伏古河道等不連續(xù)界面上的地表破裂。震級(jí)大于4.5的地震有可能產(chǎn)生地表破裂(McCalpin, 1996)，多數(shù)6級(jí)以上地震能產(chǎn)生地表破裂，但是有些7級(jí)地震也未產(chǎn)生地表破裂，如2013年4月20日四川的蘆山MS7.0地震和2017年8月8日九寨溝MS7.0地震。地震產(chǎn)生的地表破裂切割深度一般不超過(guò)3m(McCalpin, 1996; Duetal., 2010; Guoetal., 2012)。地表破裂帶不僅沒(méi)有“根”，其位移量在短距離內(nèi)變化很大。譬如，2001年11月14日昆侖山口MS8.1地震造成430km長(zhǎng)的地表破裂，沿?cái)嗔褞У乇砦灰拼笮》植紭O不均勻(Fuetal., 2005)。2008年5月12日汶川MS8.0地震，沿北川斷裂帶產(chǎn)生了240km長(zhǎng)的地表破裂帶，水平位移量0～6.5m，垂直位移量0～4.9m(但沒(méi)有發(fā)現(xiàn)龍門山相對(duì)四川盆地升高)；沿彭灌斷裂帶產(chǎn)生70km長(zhǎng)的地表破裂帶，垂直位移量0～3.5m，沿?cái)嗔褞У乇砦灰屏繑嗬m(xù)分布、變化很大(Xuetal., 2009)。2010年4月14日玉樹MS7.1地震產(chǎn)生了約37km長(zhǎng)的地表破裂，地表破裂深度多數(shù)幾十厘米，最大不超過(guò)2m，其下面是完整的第四紀(jì)沉積物，沿?cái)嗔褞У乇砦灰屏孔兓瘶O大、分布很不均勻，地裂縫側(cè)壁上有擦痕，有一處類似于舊金山地震造成的柵欄位錯(cuò)，位移量為2.1m(Guoetal., 2012; 杜建國(guó)等, 2018a)。值得注意的是，在地表破裂帶內(nèi)基巖出露的地方?jīng)]有發(fā)現(xiàn)肉眼可見的斷層兩盤之間的相對(duì)位移，地表位移大小與第四系厚度、結(jié)構(gòu)和構(gòu)造，斷層面結(jié)構(gòu)及其法線方向與地震波傳播方向交角等因素有關(guān)。

巖石圈中地應(yīng)力作用方向不會(huì)發(fā)生瞬態(tài)、快速變化，長(zhǎng)周期的地應(yīng)力作用造成巖石褶皺和斷層蠕滑，不利于巖石聚集大量應(yīng)變能。龍門山斷裂帶的斷層泥厚度可達(dá)2～3m，鉆探揭示在575～595m深處存在斷層泥(Kuoetal., 2014)。斷層泥是斷層活動(dòng)搓碎巖石形成的巖粉和細(xì)粒角礫與水反應(yīng)、黏土化的產(chǎn)物。這表明龍門山斷裂長(zhǎng)期處于蠕滑狀態(tài)，北川斷裂和彭灌斷裂全新世以來(lái)還在活動(dòng)(Densmoreetal., 2007)，沒(méi)有積累巨大應(yīng)變能的可能性。此外，龍門山斷裂帶南端2013年4月20日發(fā)生了蘆山MS7.0地震，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)地表破裂，也未觀測(cè)到斷層兩盤的位移。新疆伽師1997年至1998年間發(fā)生了9次6級(jí)地震，產(chǎn)生了強(qiáng)震群。震群發(fā)生后，高密度地震臺(tái)陣進(jìn)行觀測(cè)未發(fā)現(xiàn)震區(qū)地下有斷層活動(dòng)的地球物理證據(jù)(劉啟元，私人通訊)。1973年2月6日四川省西部爐霍MS7.6級(jí)地震后，在鮮水河斷裂兩側(cè)進(jìn)行了102km數(shù)量級(jí)的大地三角測(cè)量，發(fā)現(xiàn)整個(gè)鮮水河斷裂帶兩側(cè)有1m多的水平位移(羅灼禮，私人通訊)，其應(yīng)變量在10-5的數(shù)量級(jí)；如此小的應(yīng)變量不能釋放巨大的應(yīng)變能。在山東安丘地震臺(tái)觀測(cè)到了郯廬斷裂的蠕滑，跨斷層形變觀測(cè)的山洞延長(zhǎng)方向與斷層的交角為45°，形變測(cè)量的山洞內(nèi)1998年鋪設(shè)的混凝土地面被斷層活動(dòng)錯(cuò)動(dòng)，形成雁列式裂隙；2013年11月15日觀測(cè)到大約6mm寬地面裂隙，表明郯廬斷裂安丘-莒縣段還在左旋滑動(dòng)，滑動(dòng)速率約為0.4mm/y(圖5)。地震時(shí)沙土液化、地表破裂翻砂冒水等地質(zhì)形象是大地波動(dòng)產(chǎn)生的，而且這些現(xiàn)象有時(shí)并不是出現(xiàn)在斷裂帶(McCalpin, 1996)。地表的破裂和位錯(cuò)不能代表斷層位錯(cuò)。不連續(xù)、切割淺的地表破裂與不連續(xù)的地表位錯(cuò)都是隱爆產(chǎn)生的地震波作用在松散沉積物造成的，而不是產(chǎn)生地震波的證據(jù)。

圖5 山東安丘地震臺(tái)跨斷層山洞地面的雁列式裂縫(據(jù)杜建國(guó)等, 2018b)

2.4 地球深部非脆性巖石發(fā)生破裂是快速加載的結(jié)果

由于溫度和壓力的作用，在地表15km以下巖石的行為以流變?yōu)橹?楊恒和白武明, 2000)。高溫高壓實(shí)驗(yàn)表明，在室溫、靜壓力3GPa的情況下，無(wú)水地幔巖石不可能發(fā)生脆性斷裂(Green and Houston, 1995)，圍壓會(huì)抑制脆性破裂和摩擦過(guò)程的發(fā)生。在平均地溫梯度(2℃/100m)的條件下，地表30km以下的巖石不可能發(fā)生脆性斷裂產(chǎn)生地震(Ruff, 2004)。高溫高壓實(shí)驗(yàn)證明，巖石在高準(zhǔn)靜水壓下不能發(fā)生彈性回跳瞬間釋放應(yīng)變能。在中地殼與地幔內(nèi)部任何一個(gè)單位體積的地體都受高的圍壓約束，由于地應(yīng)力作用的方向在短期內(nèi)不會(huì)改變，更不能變化方向高頻反復(fù)作用，也沒(méi)有地體快速運(yùn)動(dòng)需要的空間，所以當(dāng)?shù)貧ず蜕系蒯Ｖ心硞€(gè)地體在外力作用下發(fā)生破裂、位錯(cuò)，不能瞬間反向彈回。地球深部能夠高頻運(yùn)動(dòng)的應(yīng)該是彈性波，而斷層兩盤不能高頻反復(fù)變向運(yùn)動(dòng)。統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，1960-2016年全球發(fā)生7959個(gè)M≥6.0地震(數(shù)據(jù)源于USGS)，震源深度≤20km的地震數(shù)占的比例為35.42%(1～10km的占17.23%)，即大多數(shù)大地震發(fā)生在非脆性的巖石內(nèi)。非剛性材料產(chǎn)生“剛性破裂”需要非?？斓募虞d速率，但是地應(yīng)力加載都是緩慢的，只有爆炸作用才能實(shí)現(xiàn)瞬態(tài)高速加載。蛇紋石高溫高壓實(shí)驗(yàn)表明，在巖石圈內(nèi)的圍壓條件下，快速加溫，實(shí)驗(yàn)樣品發(fā)生爆炸，產(chǎn)生很強(qiáng)的彈性波(Xieetal., 2000)。隱爆角礫巖就是地球內(nèi)部瞬態(tài)高速率加載產(chǎn)生的。

3 地震隱爆成因機(jī)制及其應(yīng)用

3.1 地震的隱爆成因機(jī)制

源于地核和下地幔的流體攜帶大量能量向上運(yùn)移進(jìn)入上地幔和地殼，在環(huán)太平洋、洋中脊和大陸裂谷等具有高大地?zé)崃魍康牡貛Т罅恳绯龅乇?，形成了全球地震帶、火山帶和地?zé)釒У闹丿B現(xiàn)象。流體在運(yùn)移過(guò)程中可以自辟途徑，當(dāng)流體在地幔和地殼某些地方聚集時(shí)，壓力大于圍巖抗壓強(qiáng)度和附加巖石靜水壓時(shí)，發(fā)生爆炸，產(chǎn)生地震，并形成新的流體運(yùn)移通道；流體繼續(xù)向外運(yùn)移，直到排放到大氣層為止。爆炸強(qiáng)度越高，產(chǎn)生的地震震級(jí)就越大。這樣產(chǎn)生了不同深度、不同震級(jí)的地震。由于斷裂帶降低了巖石圈的束縛力，流體更容易從斷裂帶及其附近爆炸突破，向外逃逸，所以形成多數(shù)地震震中在斷裂帶附近分布的現(xiàn)象。第四紀(jì)火山也都是分布在大斷裂帶。全球地震震中分布表明M≥6.0的地震主要發(fā)生在拉張構(gòu)造環(huán)境，如環(huán)太平洋的海溝帶以及東印度洋海溝、洋中脊、非洲大陸裂谷和歐亞大陸中部裂谷系、地中海-波斯灣等地(杜建國(guó)等, 2018a)。隱爆產(chǎn)生地震的同時(shí)，不僅為成礦提供了空間，而且為超臨界流體搬運(yùn)的金屬元素沉淀創(chuàng)造了條件，既隱爆產(chǎn)生地震，同時(shí)可以成礦。因此，隱爆角礫巖不僅是古地震的證據(jù)，也是找礦的標(biāo)志。

3.2 地震隱爆成因機(jī)制的應(yīng)用

目前，已發(fā)現(xiàn)許多的地震地質(zhì)現(xiàn)象不能夠用彈性回跳模型以及在此基礎(chǔ)上建立的雙力偶模型解釋，而地震隱爆成因模型可以更合理地解釋觀測(cè)到的各種地震地質(zhì)現(xiàn)象(Duetal., 2021)。

隱爆機(jī)制可以合理解釋震群的發(fā)生。震群是在短期內(nèi)發(fā)生的一系列沒(méi)有主次之分的地震，震源多數(shù)在中、上地殼內(nèi)。例如，1997年至1998年間新疆伽師地區(qū)發(fā)生了9次6級(jí)地震，產(chǎn)生了強(qiáng)震群。雙震是其特殊的例子，第一次地震發(fā)生不久又發(fā)生一次同樣震級(jí)的地震，而且小型余震較少。譬如，在蘇門答臘島特大地震短期內(nèi)復(fù)發(fā)，2004年12月26日發(fā)生MS8.9地震(3.2°N，95.8°E)，2005年3月28日發(fā)生MS8.6地震(2.0°N，97.0°E)，兩震中相距約200km，震源深度30km。兩次大地震后共發(fā)生7級(jí)以上的余震11次(中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)中心)。在2016年9月12日19點(diǎn)44分韓國(guó)發(fā)生5.1級(jí)地震，隨后20點(diǎn)32分又發(fā)生了5.8級(jí)地震。破裂的巖石不可能在如此短的時(shí)間內(nèi)愈合，斷裂兩盤巖石沒(méi)有聚集彈性能的能力和時(shí)間，即已破裂的巖石不能再釋放彈性能產(chǎn)生大地震。地震震群發(fā)生猶如天然間歇泉噴發(fā)一樣，在一個(gè)地區(qū)有深部高能流體持續(xù)補(bǔ)給時(shí)，短時(shí)期內(nèi)可以發(fā)生間斷性爆炸，產(chǎn)生雙震、震群以及余震。能量補(bǔ)給的速率決定復(fù)發(fā)時(shí)間間隔的長(zhǎng)短。

超高壓流體隱爆機(jī)制可以合理解釋慢地震的形成。慢地震是一種作用時(shí)間持續(xù)數(shù)小時(shí)甚至數(shù)個(gè)月的特殊地震。利用近場(chǎng)應(yīng)變計(jì)、大地測(cè)量方法和測(cè)震方法都記錄到了慢地震。例如，利用測(cè)振儀記錄到美國(guó)加州Sanda Maria的慢地震(Kanamori and Hauksson, 1992)和傳播速度很慢的“無(wú)聲地震”(Beroza and Jordan, 1990)；利用大地干涉儀測(cè)量方法記錄到意大利中部的幾個(gè)慢地震震群，持續(xù)時(shí)間幾十至幾千秒(Crescentinietal., 1999)。盡管這類地震被認(rèn)為是斷層周期性緩慢位移引起的(Gombergetal., 2010)，但是通過(guò)斷層蠕滑、慢速滑動(dòng)釋放彈性能而產(chǎn)生地震不能令人信服。實(shí)際地質(zhì)情況是大斷裂帶一般幾百至幾千米寬(郯廬斷裂帶部分地段的寬度超過(guò)10km)，斷裂帶不可能聚集很多應(yīng)變能，其中斷層角礫或扁豆體之間的相對(duì)位移是消耗外來(lái)應(yīng)力的過(guò)程。流體在深部巖石中非瞬態(tài)爆炸性運(yùn)移，例如巖株、巖床、巖席、巖脈和蝕變帶的形成過(guò)程，應(yīng)該是形成慢地震的機(jī)制。

超高壓流體隱爆機(jī)制可以合理解釋地震和火山空間分布的一致性。全球地震帶與火山帶、地?zé)釒Э臻g上的高度吻合(Dickinsetal., 1992; Gilat and Vol, 2005)，表明流體作用是控制火山和地震活動(dòng)的共同因素。地球深部流體將大量熱能帶到地球淺部，不僅降低了巖石的固相線溫度，而且為熔融提供了熱能。地球深部流體在運(yùn)移過(guò)程中爆炸產(chǎn)生地震；流體運(yùn)移到近地表形成地?zé)崽?，出露地表形成噴氣孔和溫泉。因此，形成了地震帶與火山帶、地?zé)釒г诳臻g上的高度吻合。海溝、火山島弧和大陸裂谷帶等拉張性構(gòu)造環(huán)境的大地震(M≥6.0)發(fā)生的主要場(chǎng)所，如大洋海溝、大洋中脊、非洲裂谷、地中海-黑海-里海-波斯灣、歐亞大陸中部的伊塞克湖-阿拉湖-烏布蘇湖-庫(kù)蘇古爾湖-貝加爾湖裂谷(Dickinsetal., 1992)。這表明地核-地幔流體向上逸散，上涌的地幔物質(zhì)導(dǎo)致地殼減薄，在地殼上部形成拉張環(huán)境，形成了負(fù)地形，同時(shí)產(chǎn)生了地震。

4 結(jié)論

全球廣泛分布的隱爆角礫巖表明在地質(zhì)歷史中，乃至現(xiàn)今，隱爆是普遍現(xiàn)象，隱爆作用產(chǎn)生地震具有普遍性。地核和地幔流體向外逸散，攜帶大量能量和成礦物質(zhì)，不僅為地震產(chǎn)生提供足夠的能量，而且為成礦創(chuàng)造了必要的條件。源于核幔的流體通過(guò)聚集-爆炸-聚集-爆炸的循環(huán)模式運(yùn)移，產(chǎn)生了不同深度、不同震級(jí)的地震。隱爆地震成因機(jī)制可以解釋彈性和非彈性介質(zhì)中瞬態(tài)高速加載產(chǎn)生地震，更好地解釋非雙力偶型地震、震群和慢地震等的形成，還可以解釋隱爆角礫巖及其伴生礦藏的形成。