浅论地震1

戴勇

本文以《地质力学》与《地球系统科学》等相结合的理论与方法，从一个全新的角度和层次，对陆壳浅源构造地震（Ms≥7）的本质、地震灾害、地震科学研究的重点、大震形成机制、现今地壳构造运动的形态与状态、地震预测等一系列有关地震的科学问题和社会问题进行了全新的探讨。其中“大震构造形变系统”和“区域地壳现今构造形变系统”是本文提出的两个全新的概念与方法，试图以此来揭示大震的形成机制、现今地壳构造运动的形态、状态及其与人类生存环境、灾害效应等的联系。并期望在该领域研究中获得突破性的进展。

关键词：

陆壳浅源构造地震 大震形成机制  大震构造形变系统  区域地壳现今构造形变系统 地震预测

0、 引言

自1977年李四光教授的著作《论地震》[1] 出版以来，有关地震的论著多如烟海。尤其是20世纪80年代以来，全球人类面临着一系列重大而紧迫的全球性环境变化问题的挑战，其中地震与人类生存环境的探讨，已成为全球地震界和地学界十分关注的课题。本文“浅论地震”，是笔者30多年来（1970年以来）对地震形变带和地震构造调查研究的一些体会。其中 “浅论”至少有以下三个含义：

（1）、地震，尤其是Ms≥7.0级的浅源构造地震，它们的震源，大都位于人类目前还不能直观的地表以下10km～50km的范围内。因此，人类目前所获得的有关地震的知识，大都来自地震发生后形成的各种现象[震中区地表构造形变、地震灾害、地球物理场（含地震波，电磁场、重力场等）、化学场、生物场、大气圈等]。而本文所论述的内容，主要是对大震（Ms≥7.0）震中区内的各种构造形变现象的归纳和探索，或者说仅是由浅入深、由地表到震源，由现象到本质的探索。因此，应为“浅论”而已；

（2）、地震，有构造地震和非构造地震之分。或者说，地震的类型可以分为陆壳构造地震、洋壳构造地震、火山地震、水库地震、人工地震等。同时，地震又有浅源地震（h≤70km）、中源地震（70 km＜h≤300km）、深源地震（h ＞300 km）之分和大震（Ms≥7）、中强震（5≤Ms＜7）、弱震或小震（3≤Ms＜5）、微震（1≤Ms＜3）、超微震（Ms＜1）之分 [2] 。本文所涉及到的地震，除2004年12月26日印度洋9.0级洋壳地震外，主要是指陆壳浅源构造地震中的Ms≥7.0级的地震。因此，本文涉及的范围之“窄”，只能是“浅论”而已；

（3）、众所周知，地震科研、地震预测等是近百年来国际上公认的尚未解决的科学难题 [3] ，同时也是涉及人类生命财产安全的严肃的社会问题。因此，笔者在撰写此文时，常常是如履薄冰，惴惴小心，唯恐对如此重大的科学问题和严肃的社会问题有所纰漏，而有负于地震科学工作者的责任。所以也只能是“浅论”而已。

1、地震的本质是什么？

20世纪中后期，当我国的地球物理学家（或称地震学家）与地质学家正在辩论地震是一种地球物理现象还是一种地质现象时，1966～1976年间，在我国大陆（含渤海湾地区）相继发生了13次7级以上的大地震（含一次唐山7.8级地震的7级余震）。其中1976年唐山7.8级地震使整个唐山市城毁人亡，仅死亡人数约25万人，“地震恐慌症”几乎成了当时流行的“传染病”。在我国的地震科学家还没有从唐山7.8级地震的阴影中摆脱出来时，国际上海底探测工作获得了巨大的进展，因此推动了“大陆漂移”和“板块学说”的兴起，并被誉为地学领域中的一场“革命”。一时间，“活动板块假说”及其“活断层”的理论与方法很快就成了全球地学界研究现今地壳构造运动形态与状态的主流学说，自然也成了我国地震界开展地震科学研究的理论基础。因此，自20世纪80年代初以来，几乎所有的地震成因似乎都与所谓的大小不等的“活动板块”间的碰撞及其边界上的“活断层”的活动状态相关。但是，该“假说”和方法经不起时间和实践的检验，至20世纪末，在解释大陆地震成因等方面，它的正确性已被国内外地震界所否认，并在国际上展开了一场地震能否预测的争论。于是，我国的一些科学家，又提出了“活动地块假说” [4、5]，来解释和指导我国大陆地震成因和大震地点预测等科学问题。但在笔者看来，“活动地块假说”的理论与方法，与已被证明不适用的“活动板块假说”理论与方法之间，并没有什么本质的区别。或者说仅是“活动板块假说”的一种“新变种”或“新包装”而已，仍然不能客观地揭示地震的本质等一系列科学问题。

（2）、自公元1911年雷德（Reid）依据1906年美国旧金山8.3级大地震时圣安德列斯断层的活动情况，提出“断层回跳说”以来 [6] ，“断层说”就成了浅源构造地震成因的主导学说。这个学说虽经不断的改进（如粘滑说等），但其实质仍然是断层活动是引发地震的主要原因。这种学说一直延续至今，成为我国和国际上研究浅源构造地震成因的主流学派，而且还有愈演愈烈之势（如震源机制解、活断层1：5万地质填图、城市活断层探测工程等）。但是，我国的一些科学家对它的正确性一直持怀疑态度，如傅承义教授就明确指出：“是断层引发了地震，还是地震产生了断层，这一问题实质上并没有真正解决” （傅承义，1995）。事实上，在笔者看来，地震和断层（或者说是“活断层”）它们之间并不一定是因果关系，而很可能是一对“孪生兄弟” 。即现今地壳构造运动在产生新断层的同时，又引发了地壳的振动（即地震）。如果把这一对“孪生兄弟”误认为是“母子关系”, 那么势必搞不清地震的真正成因，甚至越搞越乱。问题的实质是现今地壳是如何活动的？它的活动是怎样发生地震的？

（3）、到目前为止，国内外几乎所有文献对地震的定义，都是依据地震时产生的现象来描述的。如“地震是一种地质现象，是地壳运动的一种表现” 、“地震是一种地质现象，是地壳运动的一种特殊形式” 、“地震是地球表层的振动，是地壳运动的一种形式” 、“地震是一种自然现象” 、“地震是地壳长期积累（几十～几百年）瞬间释放应变能量的一种自然现象”
等等 【1。2。6、7、8】 。上述这些“定义”的一个共同的缺陷是，他们都没有论述地震在现今地壳构造运动中的作用和在地球运行中（含自转和公转）的意义。就是说，上述定义，都没有阐明发生地震的那个区域地壳现今是如何运动的？以及在这种运动中又是如何孕育和发生地震的？也没有阐明地震的发生在该区域地壳构造运动和地球运行过程中的积极作用。因为地震，作为一种客观存在的自然现象，必然有其之所以发生的理由、存在的功能与意义。上述定义说明至今为止，我们人类对地震本质的认识，还是不全面的，或是不客观的。我国有的学者把这种状况形象比喻为“分科论道”和“瞎子摸象”，看来不是没有理由的。

（4）、由于到目前为止，几乎所有的地震的定义，都处在就现象论现象的阶段，而对地震的本质缺乏客观的揭示，这可能是地震科研和地震预测至今仍是国际上公认的仍尚未解决的科学难题的一个重要的原因。很显然，不能客观地揭示地震的本质，就很难客观地确定地震科研的重点是什么？什么是最能够反映地震本质的信息？地震科研的主战场在哪里？因此，我门有理由对目前国内外地震科研和地震预测的理论、方法、概念等的正确性提出质疑。30多年来（1976年唐山7.8级地震以来）一次又一次突忽其来的大震给我国和全球人类带来的伤害，难到还不能够引起我国和全球地震系统深刻的反思吗？

2、地震是灾害吗？

（1）、在1976年唐山7.8级地震使整个唐山市城毁人亡和2004年印度洋9.0级地震海啸灾难这样的事实面前，本文提出地震是否是灾害的问题，似乎“有悖常理”或十分“荒谬”。但从另一个角度来看，如果有数百年历史的开滦煤矿不以每年数千万吨煤的产量（1976年唐山地震前的年产量超过5000万吨），将原唐山市地下数百米的岩层一层一层地掏空，严重地破坏了那里的地层结构和地质构造，唐山7.8级地震还会在那里发生或地震还会有那么大吗？如果印度洋周边国家对洋壳地震造成的危害性有所研究和预防，如不在海岸线的一定距离内居住和建造建筑物、或事先有海啸预警系统，2004年9.0级地震海啸灾难还会有那么大吗？1997年和2001年相继在我国青藏高原的玛尼和昆仑山口西发生了7.5级和8.1级地震，其震中区的地震烈度达到了Ⅹ°～Ⅺ°，地震动加速度超过0.4g，但由于它们的震中区都处在海拔4500m以上的无人区，因此这两个大震都没有给当地造成实质性的灾害（如无一人死亡）。由此看来，地震是否是灾害，并不主要取决于地震本身，相反，则主要取决于人类自身。如果我们人类不在将要发生大震的震中区内居住，或不在其内建造固定的建筑或设施，那么即使像昆仑山口西8.1级的大地震，也不会给人类造成威胁和灾害。

（2）、事实上，并不是所有的地震都能给人类造成危害。全球每年有仪器（地震仪）记录的地震约为500万次 [7]，每天约1.4万次，每分钟约10次。在每年500万次的地震中，只有Ms≥7级的地震 [全球平均每年发生的次数不到20次（含洋壳）] 才能给人类造成实质性的危害。因为通常清况下，只有Ms≥7级的地震（陆壳浅源构造地震）其地面破坏烈度有可能≥Ⅸ°，其破坏强度超出了人类自身的防御能力（如我国的民用建筑和一般设施的防御能力都≤Ⅸ°）。

我国虽然是多地震和“地震灾害”最严重的国家之一，但是我国地域辽阔，只要不在未来大震（Ms≥7级）的极震区和高烈度区（≥Ⅸ°）内建设大城市（人口密集区）和构筑固定的建筑物等，就能够有效的防御大震给人类造成的危害。到那时，即使是Ms≥7级的大震，也不会给人类造成大的灾害。

（3）、在地球的自转（v≈0.465km/s）和公转（v≈29.8km/s）的高速运转过程中，由于地球各部分（地核、地幔、地壳、大气层等）物质的不均一（即使是地壳，也不是一个均质体）和地球运转速度的不均一，因此在地球内部无时无刻都在产生和积累巨大的能量（如应力应变能）。这些能量之大，常超出人类的想象力。如仅以地震波计算出来的能量，全球由地震每年释放出来的能量约为1025～1027尔格（仅为全部能量的一部分），约相当于12500～1250000颗2万吨黄色炸药（TNT）的原子弹（8×1020尔格）的能量 [7]。如果没有地震将如此大的能量释放出来，那么地球的自我爆炸或自我毁灭，将指日可待。到那时，人类还会有生存的空间和舒适的环境吗？因此，从这个意义看，人类不应不分青红皂白地把地震一律视为自然灾害。就像人类从来没有不加区别地把“风”（空气流动）称为自然灾害，虽然有时台风或飓风会给人类的生命财产造成巨大的损失；同样，人类也不会不加区别地把“水”称为自然灾害，虽然有时洪水会给人类的生命财产造成巨大的损失。目前人类不加区别地把地震视为灾害，其本身就反映了对地震的孕育发生规律及其在地球运转中的作用缺乏科学的认识。因此，进一步加强地震科学研究工作，不仅可能避免和减轻大地震给人类造成的灾难，同时，也是提高人类自身素质的需要。

3、地震科学研究的重点是什么？

（1）、目前，全球尤其我国，对地震科学的研究，仍然处在“分科论道”的初级阶段。其中一个明显的标志，是研究地震的学科之多，使人眼花缭乱。如地球物理学、地震学、测震学、地震地质学、工程地震学、古地震学、大地测量学、地震地磁学、地震水文地质学、地震地层学、层析地震学、天文地震学、月震学、灾害地震学、地震综合预报学，如此等等。在我国，每一个与地震相关的研究部门或机构，几乎都含有上述各学科的研究内容。而各学科之间，相互又缺乏有机的联系。就学科机构和科研内容来看，毫不夸张的讲，全国地震科研系统，犹如一个缺乏主攻方向和有机联系的“大拼盘” ，而每一个研究单位，又犹如一个“小拼盘”。不论是“大拼盘”还是“小拼盘” ，盘中的“白菜、萝卜、” 等都“泾渭分明”，互不相关。这种现象在我国20世纪70年代就存在，至今不但没有得到有效地遏制，反而还有愈演愈烈的趋势。形成这种状态的一个重要的原因，是对地震科研的重点是什么？哪方面是地震科研的主攻方向等缺乏正确地认识和判断，因此造成现今这种“群雄割据，各自为王”的混乱局面。

（2）、自公元132年我国科学家张衡发明“候风地动仪”以来，直到一千多年后现代地震仪的诞生以及公元20世纪末宽带数字地震仪的问世。表明全球在观测地震发生的时间、地点和震级等方面取得了长足的进展。但同时也给人们产生了一种误解，似乎地震科学的研究重点是对地震波的观测与研究。但实际上，地震波，仅是地震发生时释放震源（或者震中区）地壳中应力应变能量的一种地球物理现象。依据地震波的接受和研究，虽然能够较准确地确定该地震发生的时间、地点、震级和地震序列特征等，同时也能够探索地球内部的精细结构（如层析地震学）等，为地球科学的研究做出了重要的贡献。但是，近百年的实践证明，仅依据地震波的观测和研究，解决不了某个地震发生的根本原因，即该地震震中区的地壳是如何运动的、这种运动又是如何发生地震的、以及该地震可能对人类造成危害的范围、强度等。目前我国和全球的地震台网，不论它们布置的如何合理，但从本质上看，它们主要是地震发生后的接收装置，而不是地震发生前的预测装置。这一事实说明，从公元132年候风地动仪到公元20世纪末的宽带数字地震仪，全球人类对地震科学的研究并没有获得实质性的突破。同时也从一个侧面反映了目前人类并没有找到地震科学研究的重点（或重心）。

（3）、地震科学研究的重点，或者说地震科学研究的主要对象，应从地震本身中去寻找。在全球每年发生的500多万次的地震中[7]，有99％以上是人类凭感官感觉不到的小地震（Ms＜3），剩下的1％，约5万次，是人们可以感觉到的，但其中能够造成破坏的不足1000次，而且大部分都不是很强（5≤Ms＜7），只有极少数[不足20次Ms≥7级的地震（震中区烈度≥Ⅸ°）]才有可能给人类造成实质性的大的伤害。因此，7级以上大震，尤其是陆壳浅源构造地震（Ms≥7）的形成机制、分布规律、未来地震发生的时间、地点及其震害特征、抗震措施的研究等，才应是地震科研的重点研究对象。只有牢牢地把握住这一个重点，才能使我国的地震科学研究工作沿着正确的方向前进，并使其在我国未来的防震减灾工作中发挥积极的作用。

4、目前流行理论与方法的科技含量究竟有多少？

目前，主要指公元20世纪80年代以来，我国和国际上，在地震科学研究中（主要指在现今地壳构造运动形态与状态的研究中），所流行的理论与方法，主要有“活动板块假说”、“活动地块假说”、“活断层”的理论与方法、GPS全球定位系统等。但在笔者看来，上述这些理论与方法，不但没有有效地促进地震科学研究的发展，而且起到了相反的作用：

（1）、现今地壳构造运动的形态（或几何学特征）与状态（或运动学、动力学特征），是地球自诞生以来（或45亿年以来）构造运动形态与状态的继续和发展。经过约45亿年的构造变迁，现今（主要指有记载以来，或距今5000年以来）地壳的形态与状态，已经成为一个“和协”的整体。如隆起（上升运动）与凹陷（下降运动）相伴生，背斜与向斜相依存，各种性质的（压、张、扭等）断裂活动相协调等。因此，不论是洋壳与陆壳之间，还是陆壳中各区域之间，没有（或也不可能有）不可逾越的“鸿沟”和不相关联的“边界”。因此，所谓的“板块”、“地块”或它们之间的“边界”，并不是客观存在的，或者说是提出上述“假说”的人“臆想”出来的（即不能被客观验证的）；

（2）、建立在“活动板块”边界碰撞基础上的所谓的“活断层”的理论与方法，其弊端是明显的；首先，地壳（包括洋壳和陆壳）构造运动的形态与状态，并不是仅以断裂的一种形式表示出来的；第二，地壳中某条断裂之所以产生，是该断裂所在的区域地壳构造应力场中地应力作用的结果，而在该构造应力场中，压、张、扭（含逆走滑和正走滑）等多种结构面同时存在，即使是产生了某条某种性质的断裂活动，那它也仅是上述多种结构面中的一组结构面的表现形式而已，该断裂的活动状态，并不能代表其他结构面的活动状态和整个构造应力场作用下的综合状态；第三，某条断裂在产生和一次破裂过程中，不论其中心部位位移量有多大（如可达到数百—上千厘米），但在该断裂的两个端点部位，其位移量必定是零，或者说在这两个端点以外的部位，地壳并没有发生明显的位移，那么，“平均位移速率”的概念，其正确性显然值得质疑；第四，综上所述，“活断层”的理论与方法，至少具有“以线代面”或“以线代体”的弊端，或者说，它是对区域地壳现今构造运动形态与状态的一种误导；

（3）、目前国内外盛行的GPS全球定位系统，它虽然可以精确地测出地壳表面某一点的地理坐标位置和该点可能出现的微弱的变化（μm或mm量级），但它不能整体地说明这一点的变化在区域地壳内构造运动的意义。因为在区域地壳构造运动中，某一点的上升运动，就意味着与其相邻的另一点的下降运动；如果这一点位于某条断裂的上盘并发生了向某个方向的位移运动，那么与这一点相对的该断裂的下盘就会发生与这一点相反的位移运动；事实上，区域地壳内还普遍存在着旋扭运动。因此，用GPS定位系统测得的区域地壳中某一点的微弱变化，在大多数情况下，是不能客观地反映与这一点相连的该区域地壳现今构造运动的形态与状态。

（4）、以上情况说明，目前国内外在地震科学研究中上述所流行的理论与方法，大都是片面的或错误的。依据这些片面的或错误的理论与方法，只能把我国的地震科学研究工作引向一条不归之路，并直接有损于我国目前的防震减灾工作。如我国目前正在进行的“城市活断层探测工程”，其科技含量少到令人难以置信的程度：

①、众所周知，随着社会的发展，我国的大城市（尤其是省会以上都市）的地面，主要由三个部分组成：一是城市道路，它们主要由沥青覆盖的地面组成（少数是水泥路面）；二是城市建筑物覆盖的地面，这部分地面主要应是水泥覆盖的地面；三是城市公园和草地，这部分地面，绝大部分是经过人工改造过的地面。因此看来，我国的大城市的地面，是几乎不存在没有经过人工改造的地面，即没有自然原始地貌面。在这样的地面上，几乎找不到（或不可能找到）任何活断层在地表的地质证据；

②、既然在地表找不到地质证据，那么只有到地表以下去寻找，即采用物探手段。我国目前在该领域的物探手段主要有两种：一是浅层电法；二是人工地震法。但不论用哪种方法，都面临如何排除城市地表以下各种干扰的问题。因为城市地表下面，众多的人工设施几乎铺满了整个城市的地表下面。如高层建筑的钢筋水泥地基、地下通讯电缆、地下排水设施、地下自来水管道、地下供气管道 、地下供暖管道 、地下供电电缆等等。如何识别与排除以上这些众多设施的干扰，目前似乎还找不到行之有效的办法；

③、地质勘探法。在上述两种情况下，不得不依靠地质勘探的办法，即人工钻井法和人工地质探槽法。但是，没有地面构造形迹为依据的上述两种方法，其效果只能是事倍功半，即使能得到最好的结果，也只能是以点代线、以线代面的推测、推测、再推测。

5、大震构造形变系统

（1）、如果对上述众多地震定义换一种说法，那么，一次大地震（Ms≥7，下同），其本身就是该大震震中区区域地壳的一次大的构造运动。在这次构造运动中，它不仅可以通过地震波震撼全球，而且在震中区内形成了各式各样的地表构造形变现象（如构造裂缝、陡坎、鼓包、山脊水系的断错、地面的隆起、凹陷等）以及由此而引发的非构造形变现象（如非构造裂缝、崩塌、滑坡、建筑物的毁坏及地震灾害链等）。这些各式各样的构造形变现象（几乎包含《构造地质学》中所有的形变形迹），是震中区区域地壳现今构造运动状态与状态（含几何学、运动学和动力学）最直接和最直观的地质证据。是人类研究震源破裂机制、现今地壳构造运动状态和探求有效抗震途径的一个天然“窗口” [9] 和“实验室”。是人类探求地震奥秘的最直接和最直观的地震遗迹和地震资源。

（2）、上述那些各式各样的地震构造形变现象，其分布并非杂乱无章，而常常是呈带状展布。这些呈带状展布的构造形变现象，被称为地震形变带（或称为地震破裂带、地震断层、地震断裂带等）。每条形变带中的各种形变现象，都是由相互间有成生联系的因子组成；而这条形变带，又是震中区区域地壳现今整体构造运动的组成部分。这些不同序次，不同等级、不同形态、不同性质的各种构造形变带以及它们所夹持的地块的有机的组合，便构成了一个更大的“整体”。这个“整体”，在地质力学中被称为“构造体系”[10]。在这个现今活动构造体系中，几乎包含了构造地质学中所有的构造形变现象。众多大震尤其是我国大陆1932年昌马7.6级地震震中区内的各种地震构造形迹，则为上述认识的成立提供了佐证 [11]。

（3）、大地震之所以发生，是该大震震中区区域地壳现今活动构造体系在现今区域构造应力场统一作用下，其自身岩层（或岩体）与应力、应变双方矛盾激化的结果，是各种构造形变形迹“新陈代谢、推陈出新、生长发育”的需要。它同自然界其它事物一样，其自身的矛盾运动是该大震必然要发生的根本原因。同时也有其“诞生、孕育、成长和死亡”的过程，与人类“十月怀胎、一朝分娩”所不同的是，随着该大震的发生而发出的轰鸣声，宣告的则是另一个大震“生命”的开始，对于它本身，则是其“生命”的结束。在新的介质条件和环境下，一个新的地震又开始孕育、生长和发生。古地震和大震复发周期的研究 [12]，则充分论证了这一点。

（4）、在能够孕育和发生7级以上大地震的构造运动中，大震的孕育和发生及其在震中区内产生的各种构造形变现象，以及这些现象在形成过程中引起的各种变化（如地球物理场、地球化学场、地表生物场、大气圈等），都有它们各自的特有的形态、性质和状态。它们之间的联系，在于上述各种现象和变化，都是在同一区域地壳（震中区）现今构造应力场中压、扭、张各种应力作用下形成的相互间有依存关系的各种自然现象。这些自然现象的有机的组合，便构成了一个更高层次的“整体”。笔者把这个“整体”命名为“大震构造形变系统”（图1）。在这个系统中，震中区区域地壳现今构造应力场，是它的力源；震中区内现今活动的构造体系，是它的基本格架；该活动构造体系中主压结构面上的岩层(或岩体)发生有明显位移量（数十厘米～数百厘米，基岩裸露区，如1932年昌马7.6级地震）的破裂变形，是该大震发生的直接原因；震中区内发生的有明显位移量（数百厘米～数千厘米）的扭性或张性等破裂变形，是压性破裂兼容扭性和张性破裂的结果 [9]；主震时产生的地震波（含体波和面波），是该“系统”释放应力应变能量的另一种方式；震中区内的不同序次、不同方向、不同形态、不同性质的地震形变带的几何学和运动学特征，是震中区现今活动构造体系中压、扭、张各种结构面破裂变形的最新形态和状态；震中区的范围、烈度值和地震动加速度，表明该构造运动（或该大震）时对人类和地表生物界可能产生伤害的强度和范围；主震前地壳形变场、各种地球物理场（含重力、电、磁场等）、地表生物及大气圈等出现的各种变化（即所谓的地震前兆），则是它向自然界发出的“预警信号”。

戴勇

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不去研究地球内部的化学反应化学变化形成的化学能，所形成的动力因素，那就不是做研究搞学问，啥也不是，一堆文字而已。