最好的一篇文章2009-02-01 20:21
物理科学探疑-物理新战线-地质应力的一点看法
 
地质应力的一点看法 志勰 地质应力分析，偏重于中国地质应力成因分析。 一、地层的分布状态
如上图：
关于地层的说法有几种，虽然有些用词上存在一点差别，但结构基本上是相同的，这里就一说法之一来说这个问题。地壳是地球最外面的一层，一般厚33公里（大陆）或7公里（海洋）。地壳分为上下两层，其间是康拉德面，在10公里左右。上部地壳只有大陆有，海洋基本缺失。上部地壳主要为花岗岩层，下部地壳主要为玄武岩层。 于地壳和地核之间的部分是地幔，平均厚度为2870公里左右。地幔也分为上下两层，分界面约在1000公里左右。上地幔主要由超基性岩组成。下地幔主要由超高压矿物组成的超基性岩构成。
在上地幔分布着一个呈部分熔融状态的软流圈，其深度在60-400公里左右，是液态岩浆的发源地。由于莫霍面上下物质都是固态，其力学性质区别不大，所以将地壳和软流圈以上的地幔部分统称为岩石圈。②
软流层外层分布的上、下分布的花岗岩层、玄武岩层则是地震发生的地球层面，类似于汶川、唐山这样级别的地震就属于这个层面上的浅源地震。该地震区域介于软流圈岩浆到地表的区域。其中地表经过千万年风化及各种物理化学反应，形成地表的山脉、平原、丘陵等地形。 此外，还存在一个不确定性。如果万有引力可以被物质屏蔽，那么地球现在的结构要面临一些变化。 假设地球物质是均匀的标准的某种物质，在特定物质距离n处，可以完全屏蔽万有引力，那么距离n则成为万有引力粘结物质的纽带，在地表n距离以下，则不存在重力。物体所受到的引力在距离n达到最大，同时，这也是该点所受到最大的压力。其中n必须远大于地球半径。传统的分层就变得有争议了。另一方面，对地球的外形也有一定影响。地球自转的离心力，地球上旋转运动的任何物质都会具备，该力会使地球成为一个赤道直径略长两极距离略短的扁球体。 二、地壳及板块的形成 我们知道软流圈是岩浆，熔岩的温度因为岩浆成分不同而有些差别。基性的玄武岩浆温度最高，可达1000-1300℃，酸性的流纹岩浆温度最低，大约为700-900℃。③地壳的温度为从岩浆温度到地表温度的过渡。而我们就生活在地球表面的这层壳上。 首先软流层是不是均匀的分布在地层（岩石圈）以下，如果是，那么地壳就分布在岩浆海上，而软流圈到内核都必然是温度大于软流圈和岩石圈相接临的温度，换句话说，软流圈所包围的地球球体必然是液态的球体里，我们是无时不刻在受到岩浆的浮力。 由于软流层以下的区域都是高温的液态物质，那么软流层在通过地壳不断向外传导热量，与岩石圈接壤的层面由此而不断的冷却，当然，由于这个层面有几十公里厚，这个冷却速度很慢。但海洋就不同了，只有7公里左右，海洋区域相对于陆地而言要薄的多，该地壳层的温度梯度要大得多，相对而言热量在海洋地壳区域传导速度要快。这样冷却的速度比陆地要快！岩浆冷却吸附在岩石圈上，在吸附的过程中，由于岩浆冷却，该体积就会变小（热胀冷缩），那么在软流圈和岩石圈之间就会形成空隙！该空隙上则不会对地壳产生支撑力，这形成地壳最初的应力。我们假设在几十亿年以前，地球的地壳很薄，那么地壳在自身的重力下，该冷却过程所产生的空隙所导致的，地壳的浮力不足以支撑地壳本身重量的时候，那么地壳就会自身破裂，形成n个板块！而后再冷却的过程中，岩浆冷却重新将碎裂的板块粘连，形成新的球壳体。在岩浆和岩石圈冷却的过程中，该空隙不足以支撑地壳重量的时候，地壳在力学容易碎裂的地方破裂，板块落入熔岩中，填补熔岩降温凝固所形成的空隙，同时由于惯性挤压熔岩，对熔岩产生压力，使熔岩沿着破裂的地壳板块间的空隙上升，凝固粘结板块......，如此循环，形成n个板块。 现在地球的岩石圈已经有平均几十公里的厚度，地球降温的速度已经很慢了，这个过程在海底还在进行，但已经不是这种板块沉降的模式了。③当然，这种也仅是我的推断。地球的降温仍在持续。 三、地壳的应力 
如图： 地球应力的原动力主要来自于地球自身的万有引力以及地球的自转所产生的离心力。其中地球的自转导致两种应力产生。 一种作用力是由于物质的惯性而产生的离心力，该力使地球物质远离地球自转轴。该应力给地球板块的推动力表现为与赤道垂直的运动趋势，该区域主要发生在南、北纬60度到南、北纬度30度的区域上，越接近两极，该趋势越大，相反减弱，赤道附近为零。该趋势使地球板块向赤道运动。 另一种是和赤道平行的运动趋势应力，是地球在自转中地壳质量分布不是以中心对称分布所形成的应力趋势。在非地球自转轴上的中心对称分布上，该应力趋势越大，它会导致地球自转轴自动调节，发生微小的改变。该改变会使整个地球由于自转轴微小的调节而受到应力作用。这种应力趋势使地球上物质分布呈以地球自转轴为中心对称趋势。 板块活动在地形上会反映出来，裂谷、海沟以及地表隆起（高原山脉）会反映在这方面。海沟被认为海洋板块对大陆板块俯冲所造成的。海洋地壳只有平均7公里左右，这里抓了世界地形图上的海沟，如图: 
在世界地形图上，所标注出的所有的海沟都集中在太平洋。秘鲁-智利海沟、中亚美利加海沟、阿留申海沟、千岛海沟、日本海沟、流球海沟、马里亚纳海沟、菲律宾海沟、汤加海沟、克马德克海沟以及邻近太平洋的印度洋地界的爪哇海沟。其中除了爪哇海沟在印度洋，该地质应力是挤压印度洋之外，其它的全部在太平洋。太平洋里面的海沟，只有马利亚纳海沟没有和大陆相邻，它在流球海沟和菲律宾海沟右面分销板块的应力。从这些海沟的分布上，南、北美洲、大洋洲、亚洲都在挤压太平洋。太平洋1.7868亿平方公里，占地球表面积的三分之一，海洋面积的二分之一。 从地壳的厚度和重量来说，太平洋分布较少，形成物质分布区域的“空白”（海洋地壳平均厚度只有7公里），从应力上来说，亚欧和北非绝大部分区域都处于北纬30度以上的区域最北部深入到北极圈，地球自转所形成的离心力将导致该区域向赤道运动趋势应力。南美洲主要物质分布区域分布在赤道到南纬30度区域，南部的合恩角延伸到南纬60度附近的区域，该地球自转的离心力所形成的运动趋势较弱，我认为秘鲁-智利海沟主要来自于地壳质量分布不是以中心对称分布所形成的应力趋势。它和大洋洲对太平洋挤压所形成汤加海沟、克马德克海沟是相似的。大洋洲主要物质分布区域南纬30度以下，其中南回归线穿过大洋洲中央。非洲处于南纬30度和北纬30度之间，几乎不存在由于地球自转的离心力产生的向赤道移动的力。但是由于其主要是两分布在赤道南北纬30度，离心力最大。地球在自转中地壳质量分布不是以中心对称分布所形成的应力趋势，在非洲该应力趋势的力也最大。 挤压太平洋，太平洋的面积减少了，那么其它的地方必然是增多。北冰洋的面积必然增多，另一方面水平方向上的挤压如南美洲的秘鲁-智利海沟，在非洲则有一个东非大裂谷，在大西洋则有一个大洋中脊裂谷④。 这样的应力结果会存在这样一个应力趋势，南极洲以外的其它的大陆岛屿，都会存在向赤道运动的应力趋势，最终的结果六大洲都会分布在赤道附近，同时，在北冰洋会产生新的地壳，可能会产生新的陆地。如果南极洲的质量中心分布处于在地球自转中心对称中不变，那么地球的自转则会导致北半球的陆地不断向赤道运动，挤压陆地，使赤道附近的陆地升高，变成高原。北半球的物质则会在地下岩浆冷却生成陆地以及地球自转离心力的作用下，形成这种“对流”。地球在外形上则可能成为“陀螺”。 四、中国的地质应力 如图： 
山脉和高原是地表应力的体现，我国东部就是太平洋，地质应力上就会存在某种对应。东北部的长白山脉、大兴安岭和太平洋中的千岛海沟、日本海沟成近平行趋势。太行山脉、巫山、武夷山脉和流球海沟成近平行趋势。而南岭则改变这个方向，流球海沟下方有菲律宾海沟。从东部山脉的走向上看，基本上对应海沟的应力。 阿尔泰山脉、天山山脉、阿尔金山脉-祁连山脉、昆仑山脉-巴颜喀拉山脉、唐古拉山脉、喀刺昆仑山-冈底斯山脉-喜马拉雅山脉以及汇聚的横断山脉，秦岭说明了一种受力的地质分布区，如图（蓝色的箭头是标记的这个应力走向）： 
由于地球的自转，北极圈附近的中西伯利亚高原-蒙古高原-四川盆地-一直到接近北回归线的云贵高原，自身重量产生向赤道移动的应力，附近的山脉都呈该应力走势趋势。其中对中国东北应力方向表现的是千岛海沟、日本海沟，对东部应力方向是流球海沟，对南部反映的则是印度洋地爪哇海沟和菲律宾海沟。其中台湾-武夷山脉-南岭为流球海沟和菲律宾海沟应力分流分界点。 在该应力区域，分布着中国三大高原，内蒙古高原、黄土高原、云贵高原。另一方面，喜马拉雅山脉的弧线行走势，也说明这种应力作用的结果。 该区域中存在一个盆地，这个就是四川盆地。今年的5.12四川汶川8.2级大地震就发生在这里，正好是在西部的山脉和向云贵高原应力分流点上。有学者认为5.12地震是印度板块向亚洲板块俯冲，造成青藏高原快速隆升。高原物质向东缓慢流动，在高原东缘沿龙门山构造带向东挤压，遇到四川盆地之下刚性地块的顽强阻挡，造成构造应力能量的长期积累，最终在龙门山北川-映秀地区突然释放。⑤ 我个人认为可能性不大，印度洋板块没有向亚欧板块运动的动力，理由如下： 第一、印度洋板块大部分处于海平面以下，从地球自转印度洋板块所形成的离心力而引发的向赤道运动，这个力远远小于陆地上的高原山地所形成的力，可能性不大。沿赤道平行方向地球自转轴中心对称移动，印度洋板块质量小，可能性也不大。 第二、如果是由于软流圈中的岩浆对流所引起的漂移，那么必然在印度洋中有类似于大西洋中大洋中脊裂谷那样的板块分离迹象。我从网上没有搜到这方面的消息。另一方面从地图上来看，印度洋网状海岭纵横交错，这是印度洋海底比较坚固的原因，假设东非大裂谷是由于印度洋板块拖动的缘故，那么除了爪哇海沟之外，在印度洋其它的地方没有海沟，印度洋的南部也没有。比如在大洋洲附近的南澳大利亚海盆，在马尔代夫群岛附近都没有形成海沟。印度洋边缘地带应力迹象不明显。 第三、爪哇海沟、菲律宾海沟应力表明，是南亚下移所形成。 第四、如果是印度洋板块俯冲欧亚板块造成喜马拉雅山升高，不能解释横断山脉。 五、地震可能分布区域 如图： 
找到地壳应力的区域，那么地震可能发生的区域就好判断了。当然，这只是根据应力而得到的理论上的。 中西伯利亚高原-蒙古高原-四川盆地-一直到接近北回归线的云贵高原该直线是中心应力主传导区，地球自转中西伯利亚高原下移的运动趋势会压缩到这条线上，并向左侧和右侧分布这些传导的应力。其中喜马拉雅山脉是一个主承接应力区，于此生成青藏高原，该区域的山脉都是应力活动的结果，都可能发生地震。该主应力传导区一直向下通过南亚区域形成两个海沟承接应力点，爪哇海沟和菲律宾海沟，其中一部分应力通过横断山脉和海南岛传递。 其它的承接中心应力主传导区的应力分布传输到海沟过程上，中间传输的关键节点发生的频率较高，即东北部的长白山脉、大兴安岭一带对应千岛海沟、日本海沟成近平行趋势。太行山脉、巫山、武夷山脉和流球海沟成近平行趋势。而南岭则改变这个方向，流球海沟下方有菲律宾海沟。其中台湾岛针对流球群岛是应力关键节点，日本对应日本海沟也是关键应力传输节点。发生地震可能性的频率极高。 传输应力可能节点太多，我就不在这里列出了，大家看图。应力的传输节点、传输承接点和目的承接点构成地震的可能性。 六、关于地震预测 精确的地震预测需要精确的知道地球板块间的位置、应力状态、板块的应力极限，根据力学原理来判断板块之间是否会发生碰撞、错动、沉降。以目前的科学手段来即时监测地下板块，并得到准确的信息有很大的困难，可以说，是不能做到的。另一方面，地质的应力很复杂，地下水、天体的潮汐等都可能导致微妙的应力变化，引发地震。 不能进行精确的地震预测，但可以进行可能性的预测。不能进行精确的时间地震预测，但可以预测在某个时间段预测地震的可能性。可能性的预测可分为中长、短、临震预测。除了专门的科研人员采用精密的仪器检测分析之外，还可以采用普通的观测方法： 进行中长期预测可以通过判断活动的板块来进行，地势的走势、地表沉降、地下水地表水的情况等来综合判断。 短期预测可以通过动物的行为来预测。现代社会的生活模式使有些预测条件不再具备。比如有些地方超采地下水，使地方用水都采用自来水统一供水，没有水井了。地下水异常就不能采用了。地表沉降地裂由于地下水超采，或者开采矿藏，还是人为的生产活动所引起，地质构造活动，就不能凭此判断了。动物的工业化养殖及工业、生活的污染，动物的生存环境也正在使动物的预测在减弱，因为我们不能分辨是地质构造活动发出的次声波导致的，还是普通的环境导致的。需要仔细的判断。 临震是指地震过程正在发生，根据距离震中的距离，声波比地震要早来几秒到几十秒的时间不等，以此来判断地震，并在这样短的时间内转移到安全地区。 此外还有一些地震过渡状态，地质应力活动在发生，板块在进行应力作用。已经在存在裂缝，但还没有发生错动、沉降等剧烈的碰撞。这种情况下可以通过地声、地震云、地层的热传导异常、动物的状态等等来判断可能存在地震。 2008.6.3 ③后来，美国和法国首先制造了“深潜器”，人坐在里边，可以安全下潜到几千米深的洋底。1972-1974年，美法科学家联合行动，美国出了一艘“阿尔文”号；法国开出两艘，一艘叫“阿基米德”号，一艘叫“塞纳”号。他们沉到2800米深的亚速尔群岛大裂谷底部，在深潜器强聚光灯的照耀下，从小小的玻璃窗往外瞧，他们瞧见在宽约两千米的裂谷底下到处都是裂口，好像是一个个张开的大嘴巴。那些大嘴巴，正在喷吐热水。从裂口里溢出的熔岩，在洋底凝固：有的如一卷卷棉纱；有的如同挤出的牙膏；有的像一条条钢管；有的垒成一座座尖锥形的火山口……原来这儿是大西洋底地壳裂开的地方，一股无比巨大的力量，从地下升起，正使劲把裂谷朝两旁推开。这儿正在制造地震和火山!http://122.152.189.243/geography/200704/t20070405_507411.html
④大洋中脊绵亘四万多海里，宽约1500千米。它穿过了所有海盆，大西洋海岭又是大洋中脊中比较典型的部分。它最明显的特点就是高度变化幅度大，从深海平原开始，海岭逐渐升高，形成了崎岖不平和有大断裂的海底山峰，峰巅距水面约1800米，距海底约1000-3000米，沿海岭中轴，有一条很深的裂谷，谷底比侧峰低约1800米，宽约21-48千米，这个裂谷表示出大西洋海底两侧的分裂带。
大洋裂谷在全球呈“W”形展布，从北极盆穿过冰岛，到南大西洋，这一段是等分了大西洋壳，并和两岸海岸线平行。向南绕非洲的南端转向NE与印度洋中脊相接。大洋裂谷中部多为隆起的海岭，比两侧海原高出2-3公里，故称其为大洋中脊，在海岭中央又多有宽20-30公里，深1-2公里的地堑，所以又称其为大洋裂谷。http://122.152.189.243/geography/200704/t20070405_507411.html
⑤中新网5月18日电 据国土资源部网站消息，中国地质调查局日前召开汶川地震及其诱发的次生地质灾害情况分析会，航遥中心、环境监测院、地科院、地质所、地质力学所等单位的专家根据各自调查监测和评价研究的结果对灾情进行“会诊”。初步认为， 汶川地震是印度板块惹的祸，是逆冲、右旋、挤压型断层地震。
汶川地震是印度板块惹的祸
印度板块向亚洲板块俯冲，造成青藏高原快速隆升。高原物质向东缓慢流动，在高原东缘沿龙门山构造带向东挤压，遇到四川盆地之下刚性地块的顽强阻挡，造成构造应力能量的长期积累，最终在龙门山北川-映秀地区突然释放。
汶川地震是逆冲、右旋、挤压型断层地震
第一，发震构造是龙门山构造带中央断裂带，在挤压应力作用下，由南西向北东逆冲运动。第二，这次地震属于单向破裂地震，由南西向北东迁移，致使余震向北东方向扩张。第三，挤压型逆冲断层地震在主震之后，应力传播和释放过程比较缓慢，可能导致余震强度较大，持续时间较长。
汶川地震是浅源地震
汶川地震不属于深板块边界的效应，发生在地壳脆-韧性转换带，震源深度为10-20千米，因此破坏性巨大。
http://bbs.nmgnews.com.cn/dispbbs.php?boardid=24&id=97856&page=5
本文是5月17日发的“地震预测的一点看法”一文的修改稿，我国地震预测在上个世纪70有很大的成就，有一批有多年实践经验的地震学者在搞地震预测方面的，他们已经有比较系统的方法。因此本文换了一个方向，主要搞点地质应力成因的分析。没有查阅专业的资料，本文参考来自于世界地形图、新闻、搜索。半个月的时间接触的东西有限，搞的这点是可能性的力学分析。仅作参考！您有什么看法欢迎您留言！
2008年5月12日14时28分
据民政部报告,截至6月3日12时,四川汶川地震已造成69107人遇难,373577人受伤,失踪18230人,累计受灾人数4569.2965万人。
2008.6.3 | 
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发表于 2009-2-15 23:01
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