地壳“僵硬块体”破解地震孕育发生的难题？

http://www.sciencehuman.com 科学人 网站 2014-11-08

地壳“僵硬块体”破解地震孕育发生的难题？

我国是一个地震多发国家。据统计，近百年来平均每年发生6级以上地震4—5次，每3年发生7级以上地震1次，每12年发生8级以上地震1次。地震灾害给我国人民生命财产带来了极大的损失，因此实现地震预报，最大限度地减轻地震灾害，已成为我国地震研究的主要课题。2014年第三期《前沿科学》杂志刊发了湖南省地震局高级工程师周友华、胡奉湘、燕为民、童迎世的论文《锁定地震孕育发生的物理过程促进地震难题的破解》，对地震的成因、机理、机制及孕育发生的物理过程提出了全新的解释，论文充满了大胆的探索与创新，对地震物理预报这一难题的破解将起到重要的推动作用。

任何自然现象的成因，都是与其相关物理量的作用、变化、发展密切相关的，构造地震的成因也不例外。周友华告诉记者，他们的课题组经过长期研究，在前人研究的基础上，发现了地震孕育发生的三个基本要素：即动力学要素是地壳大于一定速率的垂直差异构造运动及水平差异构造运动;地质结构要素是整体性比较好、力学性能比较强的地壳“僵硬块体”；应变结构要素即“三向应变结构”要素，是在地壳的差异构造运动中“僵硬块体”所形成的“拉疏隆起应变区”“压缩凹陷应变区”及“剪切应变区”组成的复合应变结构。它们的特点是同时产生、对应存在、共为一体。地震形成三个要素在认识上的突破，使人们找到了构造地震孕育发生的充分与必要条件，大大推进了研究认识地震规律的进程。

周友华指出，并不是任意的应变结构只要有应力与能量的积累就能够孕育发生地震。因为地震的孕育与发生，除了需要动力要素做功及地质结构要素储存地震能量之外，还需要构成失稳破裂及提供破裂所需的位错空间等一系列的机制与功能。这就是必须要形成“三向应变结构”的孕震体。周友华等人的研究认为，地震的孕育与发生，并不是板块挤压、碰撞的原因，而是由于 “僵硬块体”牵制与阻碍了地壳差异构造运动的正常进行发生应变而形成了“三向应变结构”的结果。正是由于 “僵硬块体”的牵制与阻碍作用，会使得“僵硬块体”的相应部位分别形成 “拉疏隆起应变区”“压缩凹陷应变区”及“剪切应变区”为一体的 “三向应变结构”孕震体。随着地壳区域差异构造运动的继续进行，当剪切应变区所积累的剪切应力达到或超过岩石的剪切强度时，那么“三向应变结构”孕震体，就会自动的失稳发生剪切破裂因而发生地震。

为什么“僵硬块体”必须要形成“三向应变结构”才能孕育发生地震呢?周友华解释说，并不是任何应变结构的地壳岩石或岩层积累的应力只要达到及超过岩石的力学强度时，就都能简单地孕育、发生地震。地震的孕育与发生是个极其复杂的应变孕震系统，孕震体除了要积累弹性应变势能、重力势能及足够的应力外，还必须要构成一系列的机制与功能。否则，即使所积累的应力达到或超过了岩石的力学强度时，也是不能失稳快速破裂而形成地震的。“三向应变结构”孕震体所具有的一系列机制与功能是，储存能量、积累应力的机制与功能;失稳破裂的机制与功能;提供孕震体失稳破裂所需位错空间的机制与功能;逆转应变破裂的机制与功能等等。

“理论与地震实践的研究都证明了地震的破裂是逆转应变破裂，即孕震体的孕震应变及运动的方向与发震应变及破裂运动的方向是完全相反的。”周友华说，地震这一逆转应变破裂特性的重要发现，不仅是弹性势能和重力势能储存与释放的物理定律所规定的，而且应用这一逆转应变破裂的规律，可以很好地解释、判断震前震后地壳形变与错动的规律性：孕震时是上升应变的区域，发震时就必定是地壳下降应变的区域。反过来认识也是同样的结论。地震的实践证明，几乎是所有的强震在发生时，都是断层的一盘普遍是上升的，而另一盘普遍是下降的。因此，根据地震是逆转应变破裂特性的理论依据，不仅深刻地解释了断层这一普遍上升与下降的错动现象，也普遍证明了“三向应变结构”是强震孕育发生共同物理机制的重要结论。

周友华等人的研究认为，“三向应变结构”是地震孕育、发生共同的物理机制，从根本上揭示了构造地震孕育发生全过程时空演化的机制与图像链即：从地壳差异构造运动——牵制受阻——发生隆起——凹陷——剪切应变——形成三向应变结构孕震体——失稳破裂——发震——差异构造运动恢复正常的自然演化。除此以外，他们还找到了一系列的震前震后现象与孕震发震物理机制的因果关系，这些都是实现长、中、短、临阶段性物理预报的关键所在。

论文推荐人中国地震局原副局长岳明生认为，周友华等人的论文紧紧依靠地球物理有关理论及地震预测预报实践，在前人研究的基础上，通过科学、系统、创造性的研究，揭示了地震形成的三大要素，对地震孕育发生的机理、机制、物理过程、震源应力应变演化过程等提出了全新的解释。全文研究方向明确，物理概念清晰，研究结果处于国内外领先水平。

[新华网]

板块漂移假说2.0：板块不坚硬地震源于冷却变形

凤凰科技讯北京时间11月6日消息据科学日报报道，根据美国内华达大学科学学院的副教授科恩•克雷默（Corné Kreemer）和同事莱斯大学的理查德•高登（Richard Gordon）进行的一项研究，组成地球外层的板块可能并不坚硬，且板块之间的连接可能也不如我们预想的那么完美。这项发表在期刊《地质学》上的研究量化了太平洋板块的变形并挑战了有关板块是坚硬的板块构造范例里的中央逼近。

利用大规模的数值模拟和世界上最大的GPS数据处理中心、位于里诺内华达大学的内华达大地测量实验室的GPS运动，克雷默和高登显示了地球最外层岩圈的冷却效应，这导致太平洋板块的某些部分水平收缩的速率要比其它部分更快，这导致了板块的变形。

高登的观点是板块的冷却——这使得海洋更深——也会影响它的水平运动，冷却效应会导致板块变短和变形。高登与克雷默利用各自的专长密切合作，结果发现这种变形或可以解释为什么板块的某些部分无法完美的符合现代板块运动的模型，后者是基于海洋中脊的扩散速率。克雷默和高登还显示预测板块变形的位置与版块内发生地震的位置之间存在正相关性。他们的研究得到了美国国家自然基金会的支持。

研究结果表明板块水平的热收缩是非常显著的，它可能部分以地震的形式释放。这两名研究人员的发现或可能改写教科书。“这是板块构造学2.0，它将革命化板块硬度的概念。”克雷默说道。“我们的研究显示太平洋板块会变形，我们将改善板块构造理论并为板块中部的地震活动提供一个新的解释。”

由于冷却效应大洋板块将变短，这将导致板块内部的相对运动。加州沿岸大洋板块的大洋地壳每年正在以相对太平洋/南极板块边界2毫米的速率向南移动。

“听上去移动量似乎并不大，但考虑到每年我们可以用GPS测量到几毫米的地壳运动，这一运动不容小觑。不幸的是，太平洋岛屿的所有现存GPS站都位于板块非常古老的地区，后者预计不会变形。因此需要对板块较为年轻的部分进行新测量以证实这项研究的预测，这可以通过对遥远岛屿的测量或者通过洋底的传感器来实现。”

目前克雷默正在利用GPS速度对地球所有板块边界地区的变形进行量化，这些数据很大部分是在内华达大地测量实验室里处理的。全球建模的主要目标是将等效应变速率转化为地震预测地图。

“由于我们并没有太平洋板块合适位置的GPS数据，我们对板块将如何变形的预测将对针对世界其它地区估计的应变速率进行补充，这些地区的应变速率是可以通过GPS数据进行量化的。”克雷默说道。“最终，我们希望能够获得世界各地较为准确的应变速率，使得这一模型不仅可以预测例如里诺和旧金山等地区的地震，还可以对某些人们认为最不太可能发生地震的地区进行预测。”(编译/严炎刘星)

[凤凰网]

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