http://www.sciencehuman.com 科学人 网站 2014-10-14
海沟形成与演化——火山喷发促成大地震形成海沟
北京鼎正环保技术开发有限公司 李安宝 （Anbaoe Lee）
内容提要：
作者分析发现，大洋板块移动理论对海沟形成机制的解释存在很大缺陷。我们知道，地壳也是按照一定层次分布的，比重轻的物质通常排布于地壳上层，较重的物质排布于地壳下层，地壳上层的物质一般是很难嵌入地壳下层的，即便是大地震也很难将地表物质嵌入到有岩浆流的地幔中，除非发生小行星或彗星碰撞事件。通常情况下，不溶性固体和液体各有其独特的不可兼容的性质。漂浮于岩浆液体之上的物体必须有外力作用才可能深入岩浆中，纵使板块漂移那也是地球的内力而不应看作具有外来力量的那些能力。相反地，倒是地壳下层中的轻比重物质容易通过火山爆发、地震等方式溢出到地壳上层和地表中。物质排布分层有序的特性完全是由物质和地球自转等物理基本属性所决定的。
作者认为，海沟的形成演化和与之相伴生的火山及大地震频繁发生，完全是地壳深层物质输运的结果。地壳内部高温高压高密度物质流外溢推动，加之海底地壳内地下水系的助力，这两种物质力量，将海底地壳地层内物质变性、剥蚀并流动化，创造出了地震、火山运动，进而推动海沟的形成和演化。我们甚至可以说，地层深部轻比重物质外溢长期存在，也是分化板块、创造岛屿和高山最为主要的动力因素。
作者认为，随着海底地壳深处高温高压物质流外溢输送和冷却，就会导致地层浅层中岩层物质结构和成分发生转变，积累出巨量泥岩浆流体物质，形成巨量的泥岩浆储藏仓，并继续生发诸多气体，一起构成次高温高压气泡囊体。次高温高压气泡囊体继续在地壳深层较高温高压气泡囊体推动下，最终爆破地层结构极限演变出大地震，催生出火山喷发活动。
作者认为，火山喷发有其独特的物理属性。地壳深部超高温高压物质流启动火山猛烈喷发，并对蓄存在周边的混合流体物质产生强大吸附力，能将那些蓄存流体物质迅速以虹吸方式排空，同时，海底地壳地层压力随之大幅度释放，这些混合流体周边流动更加迅速的物质（如含临界水体的混合物）还会自动进行快速空间填补，并以此方式不断对周围岩层物质进行深刻溶蚀和削剥。事实上，几乎所有的剧烈火山喷发都存在吸附周边地层中相联通的流体物质（包括熔岩浆）到地壳表面或火山喷发通道中，这些物质在内部喷发压力减小之后，会被周围环境冷却或转变成为阻止火山爆发的岩石结构。这样，深部物质流（特别是高温高压气体）溢出就会因火山喷发通道的阻塞而滞留于次高温高压气泡囊体中，等待着形成下一次火山的强烈喷发。
火山的不断多次强烈喷发，海底深层流动化物质被搬移到地壳表面，会进一步掏空海底地层空间，从而深刻改变海底地层结构，使得海底地层中停留若多可扩张、改变物质属性的高温高压气泡囊体，最终必定会导致海底地层形成超巨型气泡囊体，这就逐步为诱发海底地层发生大地震准备好了物质条件。当地层下超巨型化气泡囊体压力超过海底地层承受极限时，就会造成超巨型气泡囊体大范围剧烈性爆破，以及随之而来发生的塌陷地震。越是长期多次发生剧烈的火山喷发，越是容易形成更加猛烈的海底大地震和地层塌陷运动。在地质塌陷地震运动发生的同时，还会引发海底泥石流、海底巨型滑坡运动等。地质塌陷还会造成地质岩层面坡度较陡。泥石流和巨型滑坡会冲积出海底低洼平台结构。这样，局部范围的海底洼地就形成了。这种模式总是在海底地层内反复发生，这就是形成海底洼地的根本机制。最终，由多个海底洼地逐步连结成一体，这样就形成了海沟。
可见，形成海底海沟的模式为：地层形成次高温高压气泡囊体→较高温高压气泡囊体推动火山猛烈喷发→形成超巨型高温高压气泡囊体→超巨型高温高压气泡囊体爆破解体形成剧烈地质塌陷→形成海底洼地→逐步连结成一体形成为海沟。从地质演化来看，海沟形成需要一个长期化的物质条件准备，特别是需要很多次猛烈的火山喷发，还需要通过多次海底地层超巨型化气泡囊体突然猛烈爆破解体才能引发剧烈地层塌陷运动。因此，海沟形成过程非常复杂，不是一个缓慢渐变的过程，而是多次间断性一连串剧烈性地质活动所长期累积衍生出的一种现象。可以说，海沟的形成和与之相生的火山链，正是地球深部热源物质同地层上部物质相互交汇发生剧烈演变的结果。
作者认为，海底地层超巨型化气泡囊体突然猛烈爆破解体引发的海底大地震和塌陷运动非常复杂，完全不同于海底板块漂移造成地层挤压嵌入运动方式，这一过程中会产生奇特的地震波。就地震波而言，必定先始出现地层爆破系列地震波，然后紧接着就是发生大面积塌陷式地震的地震波。因为有海水的作用，水下巨型滑坡和泥石流是必不可少的，它们也会产生复杂而具有自身特性的地震波。当然，超巨型海底塌陷性地质运动，必须在其地层下部有足够的气体储量囊体才能释放足够大的塌陷空间，才会相伴生超巨量海底泥石流和超巨型滑坡运动，也才可能形成更为平坦巨大的海底洼地。
作者总结认为，海底地层内部存在高温高压流体是形成火山喷发的决定性条件，而火山喷发又是形成海沟的决定性条件。海沟的存在不是大洋板块移动在板块边界嵌入地层而遗留的证据。
毫无疑问，人类只有一个地球。深入研究海沟及与之相关联的地震、火山喷发活动，对于人类积极预报、预防剧烈地质灾变事件具有十分重要的意义。
关键词：海沟 火山喷发 大地震 高温高压物质流 高温高压气泡囊体
1、引 言
世界共有七大洋，海沟就存在这些汪洋之下。我们通常认为，水深超过6000米的长条形洼地都可以叫做海沟。海沟一般长在500～4500千米，宽40～120千米。世界大洋约有30条海沟，其中主要的有17条。属于太平洋的就有14条。1951年英国挑战者Ⅱ号在太平洋关岛附近发现了地球上最深、也是最知名的海沟——马里亚纳海沟，它位于西太平洋马里亚纳群岛东南侧，深度大约11,034米。
海沟分布在活动大陆边缘，而且与大陆边缘相对平行，大多数分布于环太平洋地区。在太平洋西部，海沟与岛弧平行排列；在太平洋东缘，海沟与陆缘火山弧相伴随。大西洋和印度洋也有少数海沟。环太平洋的地震带也都位于海沟附近。海沟与岛弧紧密共生构成统一的弧沟系。大多数海沟位于岛弧向洋一侧；也有少数海沟见于岛弧陆侧的边缘盆地中，如南海东缘的马尼拉海沟、所罗门海的新不列颠海沟和珊瑚海的新赫布里底海沟等。
科学家多年的地质观测表明，所有的海沟都与地震和火山有关。沿海沟分布的地震带是地球上最强烈的地震活动带。日本地球物理学家和达清夫在20世纪30年代首先发现震源通常自洋侧向陆侧加深，构成自海沟附近向大陆方向倾斜的震源带。50年代美国地震学家H.贝尼奥夫对此地震带进一步研究予以确定，故称为——贝尼奥夫带（Benioff zones）或和达－贝尼奥夫带。该带连续分布着浅源地震（震源深度 0～70公里）、中源地震（震源深度 70～300公里）、深源地震（震源深度300～700公里），海沟附近为浅源地震，趋向岛弧、大陆依次为中源、深源地震。该带倾角平均为45°左右，但沿岛弧延长方向倾角有变化，约在15°～90°之间。
一些地质学家认为，真正的海沟应该与火山弧相伴而生。海沟中、深源地震则主要分布在火山弧及弧后地区。直到现在，海沟附近的大地震和火山爆发一直存在。许多科学家相信，大型地震能够导致火山喷发。至少，大地震可以撕裂地层，为火山直接喷发打开缺口，也可以引导地下岩浆向地层薄弱地带转移而延迟喷发。2004年苏门答腊岛附近海域大地震后，有129座活火山的印尼并没有发生火山喷发。1975年11月29日，美国夏威夷发生7．2级地震后，附近的基拉韦火山紧接着发生小规模的短暂喷发。1960年5月22日，智利发生9．5级强震，这是有仪器记录以来最强的地震。主震发生38小时后，智利中部沉寂25年的普耶韦－科登·考列火山剧烈喷发。最近，2014年10月4日日本长野县御岳山火山喷发，也与日本自7月1日03:55:32火山列岛地区发生震源深度520Km、6.0级地震以来，持续多次6级以上地震活动直接相关联。
理论方面，海沟是如何演变形成的呢？现代地质界通常认为，海沟及其相关联的地震、火山喷发的产生通常被认为是海洋板块和大陆板块相互作用的结果，特别是魏格纳板块学说对此影响很大。大洋中脊多次向两侧扩张，形成了海底扩张，密度较大的海洋板块以30度上下的角度插到大陆板块的下面，两个板块相互摩擦，形成长长的"V"字型凹陷地带，这样就逐步形成了海沟、火山爆发以及大地震。
但是，通过我们认真分析，发现大洋板块移动理论对海沟形成机制的解释是有很大缺陷的。我们知道，地壳也是按照一定层次分布的，比重轻的物质通常排布于地壳上层，较重的物质排布于地壳下层，地壳上层的物质一般是很难嵌入地壳下层的，即便是大地震也很难将地表物质嵌入到有岩浆流的地幔中，除非发生小行星或彗星碰撞事件。通常情况下，不溶性固体和液体各有其独特的不可兼容的性质。漂浮于岩浆液体之上的物体必须有外力作用才可能深入岩浆中，纵使板块漂移那也是地球的内力而不应看作具有外来力量的那些能力。相反地，倒是地壳下层中的轻比重物质容易通过火山爆发、地震等方式溢出到地壳上层和地表中。物质排布分层有序的特性完全是由物质和地球自转等物理基本属性所决定的。
那么，如何解释海沟的形成和与之相伴生的火山及大地震等剧烈地质活动呢？事实上，海沟的形成和与之相伴生的火山及大地震频繁发生完全是地壳深层物质输运的结果。
随着海底地壳深处高温高压物质流外溢输送和冷却，就会导致地层浅层中岩层物质结构和成分发生转变，形成巨量的泥岩浆储藏仓，并生发诸多气体一起积累出大量泥岩浆流体物质构成的气泡囊体。气泡囊体继续在地壳深层高温高压推动下，最终爆破地层结构极限演变出大地震，催生出火山喷发活动。火山的不断多次物质喷发，会进一步掏空海底地壳，这样，海底地壳地层压力随之大幅度释放，由此创造形成超巨型地层气泡空间或称做巨型化气泡囊体。当地层下巨型化气泡囊体压力超过地层极限时，就会造成大范围剧烈性巨型气泡囊体爆破，以及随之而来的塌陷地震。这种模式总是在海底地壳内反复发生，这就是形成海沟的根本机制。可以说，海沟的形成和与之相生的火山链，正是地球深部热源物质同地层上部物质相互交汇发生剧烈变化的结果。
2、地层深部高温高压物质流外溢同地层浅部物质相互交汇发生剧烈物性改变是火山喷发及海沟形成的根本动因
我们知道，海洋面积占整个地球表面积的70%，然而，地质学界对这个数据在海沟形成演化中所发挥的作用没有充分重视。海洋板块面积很大，就会有很多水分渗入地壳深处，尤其是那些海底地壳断层区域海水会渗透到更深的地层，必然会存在一些地下水系同来自地层深处的高温高压物质流相互交汇之处。可以说，海沟的形成和与之相生的火山链正是地球深部热源物质上行同地层上部物质相互交汇发生剧烈变化的结果。深部轻比重物质外溢长期存在，也是分化板块、创造岛屿和高山最主要的动力因素。
我们认为，火山喷发是诱发海沟形成的关键所在。火山喷发出大量的海底地层物质，许多海岛和陆地都是火山喷发物质所堆积的，所以，巨量火山喷发物绝不是地壳地层在短时间内所能积成的。那么，火山喷发的物质准备机制如何呢？
在地层深处，不仅有各种非常态高温高压液体泥岩浆，甚至局部还会有超高温岩浆流动。海沟附近的地层深处就有更多来自地球深部的热源物质。这些负载有特别能量的物质具有别样的物质组合，随温度变化也更加具有不同的物质特征。当来自地壳深层的高温高压物质经同来自大洋板块的冷却物质流混合时，奇妙的物质变化将于此产生。最常见的就是海洋地壳下面的地下水系同高温高压高密度物质流的相互作用。当那些地层深处高温水体同高温物质流接触，水就会形成高温高压临界水，并与之发生物质反应，从而深刻改变物质性质和存在形状，转化为大量高温高压高密度临界水体混合物质流。这种规模化高温高压物质流在大洋许多地方都是存在的，但海沟附近的物质流变和能量交换最为突出，因为海沟附近地层断层最为丰富，存在许多地层深部高温高压物质流外溢的窗口和途径。高温高压始终是能从物质根本属性方面做深刻改变地层的重要力量之一。
如下图1所示，印度尼西亚因钻探石油而导致地层深部大量较高温高压泥岩流体不断喷涌出来，已淹没大片村庄，至今没有找到有效治理的办法。这就是地层深处特高温高压物质同地层上部地下水系相互作用，溶蚀特有岩层后形成的高温高压泥岩质汤体。这些地层深部的高温高压泥岩流体经一路减压冷却，最后喷涌到地表时，虽然温度已经大大降低，但仍然足够滚烫。
图1：2007年4月14日，在印度尼西亚东爪哇诗都阿佐地区，大量房屋被“泥火山”喷出的泥浆所淹。 新华社/路透
当这些高温高压高密度物质流按照一定路线运行，运行距离越远，温度会降低更多，同时，还会在运动中不同物质按比重分层序进行转移。比如，高温状态下不溶性气体（H2、CO2、H2O、N2、S等）肯定会自然上浮到高温高压流体仓的上方。这些不溶性气体在向高位空间转移流动中，会自发搅动相同压力仓体内所储存的流体（重力压力影响在静态系统中可不计）。所以，高温高压流体一般都是保持一种不能非常清晰的分层排序状态，只是气体和液体之间因物性差异较大而存在清楚的分界。当然，在相对静止状态下，整个高温高压流体囊体包括真实气体泡体在内就会分层为气体、低密度混合流体、和高密度物质混合流体。
在地层下，影响火山喷发的物质准备有三个最为重要的因素：
一是，来自地层深部的高温高压物质流，同时携带可改性岩层物质结构的强大能量。最先从地层深部逃逸出来的流体物质肯定是高温高压气体，它们的温度甚至可以达到2000℃以上，几乎可以熔融所有的岩石，将路途中所机遇到的岩石变成为完全呈流动状态的高温高压岩浆液体，同时还会更改高温状态下非稳定物质的属性。在地幔中超高温高压气体的漂移就像深海中的气泡一样容易。
二是，地层中的岩石成分。岩石的成分决定高温高压状态下物质存在的结构和成分。尤其是地层浅部的岩石中有些物质是碳酸盐，高温状态下可能有很大部分会发生属性改变，析出很多的CO2。
三是，不可忽略的发达地下水系。水作为液体，它的良好流动性决定了它们无孔不入。在地表下各类地层之中存在各种不同含量的水，尤其是在海底下断层附近，水会渗透到更深的地层中。在高温状态下，超临界水即便是对蓝灰石岩体，也必然有改变其物质属性的能力，但这方面恰恰是我们忽略的地方。
我们需要特别注意地层中各种非常态高温高压临界水的作用。首先，超高温临界水具有改性岩石成分的能力，其破坏分解的能力容不得小视。其次，具有深刻改性复杂岩石成分而转变为混合泥岩浆状态流体，这种泥岩浆的流动性很容易被更高压流体扰动、混合和携带。第三，高温高压临界水可以随压力自发做体积调节和物态变化。当容仓体中临界水温度较高时，压力会变得很大，临界水会以减小压力的方式多转变为液体存在；当容仓体中临界水温度相对较低时，压力会变得相对较小，为尽可能保持地层力量平衡，临界水会以增加压力的方式更多转变为一些水蒸气存在。这种情况，对延迟一定厚度的地层突发爆裂非常有意义。有这种包容性缓冲机制，也才有地震发生几率相对较少这一情形，否则，真不可想象。
高温高压临界水形成的泥岩浆，因成分的复杂性，还会进一步改变停流区周边岩石层的物质性状，从而溶出更多松软的高温高压泥岩流，并生发出许多在特定高温下不可兼容的气体，诸如CO2、H2S、N2、H2、CH4、S蒸汽等等。高温气体不断析出并积累在上部，形成地层潜藏巨量高温高压气体的巨型化气泡囊体。如果高温高压气体积累量越来越大，气泡囊体超过地壳容量极限，就会撕裂地壳形成强烈地震，并暂时缓解海底地壳地层的压力。但是，地震撕裂地层也造成了海水向地壳更深部的渗透，这就为高温高压高密度物质流同水的进一步混合创造了更加优越的物质条件，也产生更多超高温高压临界水，为进一步变性地壳深部物质和溶出更多流体创造条件。
我们从《大地喘息与地震——火山爆发及地震成因论》一文[1]中已经知道，地层深处超高温高压气体可以深刻改变地层结构。诸如，地层岩石中含碳酸盐物质就容易分离出CO2；硝酸盐物质可以分解出N2；硫酸盐物质可以分解出SO2，SO2进一步同超高温临界水作用甚至可形成H2S或H2、单质S；硅酸盐物质可以在超高温条件下同超临界水发生反应甚至可能再转化生成各种水玻璃等复杂硅化物；而那些来自硫酸盐、硝酸盐等中的氧原子则成为来自地层深部金属单质形成稳定氧化物的必需，...所有物质将一起构成复杂的含多种复杂硅化物与水相混合的流体，就像高温高压水泥浆中加入了各种复杂物质的混合流体。而且，因为是静态下含高温高压临界水缓慢浸蚀岩层的行为，所改造变性的岩层物质会呈现极为细微甚至是纳米级的超级细微物质颗粒。这样，超高温高压临界水就将原来的地层结构疏松、削剥和破坏，固体物质所占据的空间消融为气体物质和新的固液体混合物质所占据，气体的压力也变得更大。我们知道，许多地方制取石灰就是采用的高温煅烧方法。现代水泥生产也是采用将多种岩矿石原料在近500℃条件下煅烧改性的原理。在经常有火山喷发的地层之下，温度800℃以上的气体是很常见的，而这对于多含有碳酸盐、硫酸盐、硝酸盐、硅酸盐岩石地层的破坏会非常严重。这种超高温高压气体像自带若干把钻头一样，可以随意钻通具备极易遭受破坏的碳酸盐地层和机遇到的那些碳酸盐结合区域，直到找到冲出地层的缝隙和出口。
我们尤须注意到，越是靠地层深部高温高压溢出物（先是气体）经遇路途更近的高渗水地层区，就会越发引起物质变性变形严重，岩层物质转变为泥岩浆混合流体的容量也会很大；而远离地层深部高温高压溢出物经遇路途较远的地层区，只能通过逐步的能量传递和渗透才能发生地层物质转变。也就是说，即便是有相似水渗透能力的地层区域，越是远离地层深部高温高压溢出物经遇路途的地层区域，温度传导较慢，温度也会逐步降低，转变为混合流体物质的能力也就大大降低，混合流体的形成量也会相对较少一些，混合流体挤占的地层厚度也会变得较薄一些。为表述这种高温高压混合流体集合形状方便，我们称之为高温高压泥岩浆气泡囊体。可能它的剖面形状会有些近似海豚外形投影状，但许许多多高温高压气泡囊体又不会固定为一个模样，如图2所示巨型化高温高压混合流体组构的泥岩浆气泡囊体大致结构。可见，靠地层深部高温高压溢出物经遇路途越近的地层中，混合流体容积形状越发臃肿肥大，尽管包容混合流体的地层边界存在各种难以言表的凹凸不平状态。
图2：巨型化高温高压泥岩浆混合流体组构的气泡囊体大致结构示意图
很显然，高温高压混合泥岩浆流体的形成过程中会产生一些气体物质，包括地层深处溢出的高温高压气体，它们都需要找到适合储藏的地方。那么，这些逐步积存的巨量气体一般会存在于什么地方呢？气体的比重较小，必定分层在混合流体储存仓之上部，并尽可能移动向相联通的地层较高位腔体中的上部储存，一般也容易冲出海底深部地层上升到接近陆地的地层区域中积存，我们不妨称之为大陆架深层气穴区。
当地壳深部高温高压气体上升到高层空间时，尽管流动性非常好，但温度会逐步下降。不可否认，在没有发生火山喷发之前，大陆架深层气穴区气体会至少储存在两个地方：一是，图2中所示的（次）高温高压气泡囊体中的上部；二是，次高温高压气泡囊体下部较深层地层中含熔岩浆的较高温高压气泡囊体中的上部（见图3）。虽然较高温高压气泡囊体的下部是高温岩浆，但是，因较高温高压气泡囊体上部喷发通道已被前次熔岩物质堵塞并受到次高温高压囊体物质冷却，故而，较高温高压气泡囊体中的较高温高压气体不会喷入次高温高压囊体中。
所以，海底地壳地层中次高温高压物质流组成的泥岩浆形成的次高温高压气泡囊体，其成分不仅包含岩层物质的溶蚀成分，而且还有来自地层深部的高温高压物质流与之反应的生成物。需要强调的是，所有高温高压气泡囊体周围始终存在将内部岩层物质性状进行了改变的情况，次高温高压气泡囊体中存在的巨量临界水更是不断对岩层进行渗透和汽溶蚀作用，这样，在高温高压气泡囊体周围还会形成了一个随物质温度转变而岩石层缓慢发生性状改变的岩层物质流变性区域，为了表述方便，我们不妨将这个区域命名为高温高压物质流扩增区。
尽管次高温高压气泡囊体气体成分和温度不完全相似于地层深部较高温高压气泡囊体中的气体成分和温度，且地层深部气泡囊体中的气体温度高出许多，但是它们都是适应地层的，长时期不具备破坏由各自特有物质组成的地层岩石之能力。一般来讲，次高温高压气泡囊体周围应该是由各种含碳酸盐、硫酸盐、硅酸盐、硝酸盐等为主要成分组成的岩石地层。如果气体要被长时期保存在次高温高压气泡囊体中的上部，高湿高压气体温度必须下降到不能消解破坏各种含碳酸盐、硫酸盐、硅酸盐、硝酸盐岩石地层的阶段，那也大约有300~500℃的样子。我个人认为，次高温高压气泡囊体存在的地层中可能氟化钙和硅酸盐的成分相对少一些，而较高温高压气泡囊体存在的地层中可能含氟化钙、硅酸盐类物质更多一些，所以较高温高压气泡囊体也能较长时间保存较高温度的气体。
但是，地球地层深部有时候会向外层转移超高温高压物质流，这种物质流通过传递，会快速推进到大陆架深层气穴区，使得气穴里面的气体压力增大，温度快速飙升，甚至很快超过800℃以上（物理学中气体方程已经很好解释了温度、体积和压力三者之间的变化关系），从而再次触发对地层岩石物质的强力破坏，以浸蚀、撕裂和剥蚀方式，很快就出现膨胀撕破、开裂地层巨型气穴的情况，犹如刺破气球一样爆炸开来，这就是大地震的爆发。
同时，大地震为内部其后积累的高温高压物质流直接释放到地表，打通了出口缝隙或松动原有火山口爆发通道，随之而来的就是火山强烈爆发。
3、海沟的形成与演化
3.1 火山爆发阶段导致地下泥岩浆物质流大量外泄和地层压力下降
为什么高温高压泥岩浆物质容易滞留在海底地壳中，也容易在地壳下流动？虽然海水直接冷却地层，但是地层物质的导热性较差，诸如硅酸镁等盐一类还极具保温效果，几十千米的底层就完全可以保证高温高压物质不易被海水冷却，从而使得高温高压物质长期处于流动状态，这样，物质流就容易向着压力较低的地方行进。
火山爆发阶段，首先是火山口下方堵塞的高温高压带高湿度的气体寻找地层薄弱处以地震方式冲出，原火山口下部地层结构被松动、撕裂、扩展，火山口下层火山灰本因重力积存的松散结构更是锁闭喷发能力极其薄弱，于是，火山口下部深层更高温高压较高比重的混合性物质流体就会随之冲出。
随着火山爆发，泥岩浆物质流不断从高温高压流体经过的地壳中溢出，这就将距离火山一定距离的海底地壳下层累积和扩展的巨体积量溶出物质流逐步掏空，经过一定时期火山喷发方式的物质喷发，海底地壳会变得越来越薄。虽然我们说海底地壳其下被掏空，但并不是说里面不存在物质，完全失去了压力，它只是高压得到舒缓，寻求一种地壳力量平衡而已，依旧充满着与其地壳所处压力相适应的物质流。
我们知道，火山喷发是有阵发性的，这种阵发性就是纾解海底地壳下高压的表现。当海底地壳可以实现地质力量平衡以后，火山就会停止喷发，那些泥岩浆物质流就会积存在地壳内部，甚至出现按物质比重分层的排布结构。
特别是，火山停喷后的岩浆很容易为次高温高压气泡囊体内的物质所冷却，形成为堵塞地层深部高温高压流体溢出通道的凝固体，由此在次高温高压气泡囊体下部岩层中形成较高温高压气泡。其实，被堵塞在其下这种较高温高压气泡可能才是引发火山喷发的地震，而这些较高温高压气泡还可能自地幔深处到次高温高压气泡囊体的道途上存在多个。当较高温高压气泡囊体中的气体压力超出喷发通道堵塞锁定极限时，较高温高压气体就会爆发式地冲入次高温高压气泡囊体中。它们的爆破，不仅导致地层深部物质流多次喷发到次高温高压气泡囊体中，同时震动还能撕裂岩层或松动旧有火山喷发通道，这也是最终打通火山向地面喷发的通道的关键力量和机制。
如图3火山喷发和海底洼地形成前的地层双气泡囊体发育结构图解所示，较高温高压气泡囊体中高温高压流体喷入更上层次高温高压气泡囊体中的通道一般由高温熔岩浆冷凝体构成。在高温高压气体撕裂通道薄弱区后，较高温高压气泡囊体的超高压力释放到次高温高压气泡囊体中，同时，通过喷发通道喷入次高温高压气泡囊体中的岩浆不仅会和临界水等发生反应，而且通道中的岩浆在停止强烈喷发后会被冷却变性为固态。当较高温高压气泡囊体和次高温高压气泡囊体这两大混合流体中的压力差别不到大时，大量气体就会积聚在较高温高压气泡囊体中。如果地壳深层再次喷发高温高压流体，又会冲破通道冷却体的堵塞锁定，如此方式会发生多次闭合后又突发爆烈性冲开。如果通道被长久堵塞后，就会一直被次高温高压气泡囊体冷却，那么，锁定较高温高压气泡囊体中流体喷发力量会更强，这样，就会在较高温高压气泡囊体中的上部逐步积累出大量高温高压气体，最终因为两高温高压气泡囊体之间压力相差较大，导致较高温高压气泡囊体中流体猛烈喷发到压力相对很低的次高温高压囊体中。每一次爆发规模不尽相同，虽然次高温高压气泡囊体巨大而都能得到压力调节和缓冲，但是，较大的爆发所产生的能量传递（如地震波）肯定会对火山喷发到地表的通道有松动和撕裂的作用，并对次高温高压气泡囊体中的混合流体具有强烈震荡和深刻混合作用。可见，火山喷发前的多次中小型地震应该发生在这个方面。如果某一次较高温高压气泡囊体中的能量达到撕破深层地层极限的情形，同时，发生猛烈喷发后经过次高温高压气泡囊体的短时间缓冲，混合流体仍然有能力彻底撕破和打通喷发到地表的通道，这就必然产生了猛烈的火山喷发。
图3：火山喷发和海底洼地形成前的地层双气泡囊体发育结构图解
需要指出的是，火山喷发活动不是一个非常单纯的事件。由于压力极高，火山下面的气流体物质在快速向上喷发流动过程中，它会对通路周边相通连的泥岩浆流体物质产生强的大吸力。这就像虹吸一样，会将海底地层中早已蓄存的那些泥岩浆流体物质一同吸附到火山口中，并绝大部分带到地壳表面。这个方面，地质科学界还没有人充分注意到。那些火山喷发通道上周边相通连的高温高压流体，温度会比深层岩浆流体低很多，尤其是在火山初始喷发过程中更容易被迅速吸出到地壳表面。
因为，火山下方的任一高温高压物质流也是按照物质层次排序的，气体的流动性更是比液体高得多，所以比重很轻的气体一定是在那些高温高压流体容仓的最上方。一旦深部地层新推出的高温高压气体形成火山喷发，就会将上部地层中与火山喷发通道相联通的次高温高压泥岩浆流体，以吸附方式带出地壳表面，因此，火山剧烈喷发初始一定会吸出非常多量且含丰富细微颗粒的泥岩浆流体物质，这些泥岩浆流体物质的温度并不太高，也极其容易在空中扩散。这个吸附原理在人类工程上，尤其是水处理投药加料方面应用较多。
不过，随着火山喷发物的增多，地层内部压力逐步减小，这样吸出周围地层中泥岩浆流体物质的能力就大大降低了；同时，喷发压力减小也减少了较浅地层中低温泥岩浆流体物质的混入量。这两个因素就决定了火山喷出物会逐步提升温度，甚至一些火山还会出现高温熔岩浆。火山喷发运动过程，从时间来看，只要喷发不停止，就必然会吐出越来越高温的地层深部物质。当然，火山熔岩流则会因其高粘稠度和较重比重属性而排布在最下层，只会在高压力下待等那些更易流动物质充分溢出后，才会缓慢流出火山口。这也完全符合火山深部地层压力充分释放后的火山喷发特点。所以，火山喷发一开始就不是简单的只是气体喷发，必定还有吸附出的浅地壳中早已溶出呈流态状的泥岩浆物质。
火山喷发一旦形成，那些早已蓄存次高温高压泥岩浆流态物质的空间因物质流失就会产生新的物质补位，比如含高温高压临界水的流体混合物就以更好的流动能力从周边流入改空间更多。因为这些含临界水的流体混合物流动性非常好，还可以根据环境温度、压力、物质组分等情况要么成气体抑或为超临界水液体，而适时进行压力平衡和空间体积的填充；而且，即使在火山停止喷发阶段由于它们所含溶质浓度较低，更是对地层岩石开始新一轮溶蚀和消解的物质力量。这不仅为下一次喷发准备了物质条件，而且也是进一步逐渐深刻掏空地层周边物质的方式，该地层空间中的压力和温度也会大大减小，也能让出一定空间给流动性极好的气体找到储存位置，从而为形成巨型化气泡囊体积极创造条件。
所以，地层深部更高温高压物质流溢出可能更容易导致海底地层形成巨型化气泡囊体，更会诱发海底地层发生大地震，这种地震更是形成大型海底洼地的主要原因，也是创造海沟的重要因素。
3.2 火山停止喷发阶段地层深部物质排序变化致深海地层先爆发再塌陷性地震发生
火山停止喷发后，火山口下潜藏的高温物质（如火山灰、熔岩流等）在冷却过程中就会和冷凝的水汽混合而快速结成坚硬的火山岩；同时，如果火山口内道喷发出了熔岩物质，因熔岩流比重大、温度高、也更为粘稠，一旦地壳深部喷发物压力减小就会停滞在火山喷发通道中。随着火山口温度逐渐减小，喷发物冷却中结成致密的坚硬结构物，这无形中就将火山喷发的路径堵塞了。如果有遭遇高温高压物质流再次寻求突破，那么就必须有足够大的压力才能实现火山喷发而纾解地层压力。至于火山喷发间隔时间长短，主要由火山口下潜存的物质流成份、喷发通道内物质堆积结构和地层深部压力来决定。
我们说火山喷发后，已经从海底地层高温高压泥岩浆物质流扩存区携带出了许多物质，将海底地壳刮削得越来越薄。在火山口锁闭之后，火山灰等许多物质在冷凝过程中，通过自身的重力叠压成相对致密的火山岩，那么，刮削得较薄的海底地层中的压力已得到空前释放，也很容易积存气体等轻比重物质，从而形成超大地层高温高压巨型化气泡囊体。
地层高温高压巨型化气泡囊体如何逐步生长的呢？当火山停止喷发以后，并不意味着地层深部不会再向上溢出高温高压物质流，肯定会再次、甚至多次溢出高温高压物质流。同样地，那些地层深部超高温高压气体总是先行一步溢出，因火山口堵塞，它们更容易蓄存在已经消除高压力的储藏过巨量次高温高压泥岩浆流体空间。次高温高压泥岩浆流体空间中的物质一样会按比重分层序排布，气体就会分离而储存在空间的上部。很显然，这些更高温高湿气体更是溶蚀地层岩石的强大力量体。这样，就形成并随着深部气体不断外溢而逐步收集长大的巨型化次高温高压气泡囊体。
巨型化气泡囊体扩大并积聚到一定限度的气体，在超越地层极限的某个时段，已经被多次削薄的地层就会爆破，从而形成海底大地震。由于引发地震的高温高压气泡囊体十分巨大，爆破后还会发生巨大的地陷运动。这种海底大地震和塌陷运动是非常复杂的，地震波也非常复杂。就地震波而言，必定先始出现地层爆破系列地波，然后紧接着就是发生大面积地陷式塌陷地震的地波。因为有海水的作用，水下巨型滑坡和泥石流是必不可少的，它们也会产生复杂而具有自身特性的地震波。地质塌陷还会造成地质岩层面坡度较陡。泥石流和巨型滑坡会冲积出海底低洼平台结构。这样，局部范围的海底洼地就形成了。
当然，能形成巨大地震和地陷的巨型化高温高压气泡囊体形状是比较特殊的，但是这种特殊高温高压气泡囊体系形状受决定于地层物质组份和结构。不过，地层物质的组分和排序结构与地球初始地壳的形成都有直接相关性，还可能与整个太阳系的演变直接相联系，在此我们不便讨论。由于物质组分的不同，海底地层下水分渗透和分布是不同的，所形成地下水系就会千差万别；同时，高温高压状态下不同的物质会有不同的表现，这样，就形成了不同形状的溶蚀通道和空间，或呈珊瑚状态，或呈狭长裂缝走向并四处伸展枝干，或为千年古树形态，或为局部椭球腔体再连接多个通道，或者多个复杂形态相互勾连等，它们一起构成为高温高压气泡囊体系。当然，发育为海沟最有前景的超级气泡囊体，应该是那种超级复杂状态且整合为一体具有超巨大空间的高温高压气泡囊体。超级复杂形态化巨型气泡囊体在火山喷发后更会收集巨量来自地层深部的高温高压气体，反复加重巨大腔体内部岩层的溶蚀，从而更容易形成巨大地震和地层塌陷运动。
重复多次发生这种掏空海底地壳下次高温高压泥岩浆物质的火山喷发之后，再多次发生海底浅源性剧烈地震和地陷地震，这就逐步由个别海底洼地形成为连片的长条型巨型洼地，最终形成了海沟地形。
应当特别指出的是，潜入海水之下且断裂层纵横交错的地层相对海岛和陆地的地层来讲，海水的渗透会完全不一样，海床地下水系的发达程度更是海岛和陆地不可比拟。在火山喷发所在附近的海床海底地层之下，也正是地层深部高温高压物质流溢出所经路段，因此，更容易形成巨大的、流动性更强的高温高压泥岩浆流体构成的巨型化气泡囊体。这种情况，也是造成海岛附近海底或陆地海床附近地层形成海沟的重要地理位置因素。火山喷发不断掏空具有复杂断裂岩层的海底地层，最终造成了海床的大面积塌陷才逐步形成为复杂的海底洼地，多个海底洼地连片成为海沟，所以，火山喷发和海沟关联出现完全是必然的现象。只要火山喷发不停息，在火山附近的海沟随之进行面域扩展或更深深度发育就是不可避免的。
确实，那些火山喷发更多是以炽热熔岩浆出现的地区，证明其下地层岩石结构和成分不易被海水渗透，因此该地层较少能被改性浸蚀形成高温高压泥岩浆的气泡囊体储存着，海床地层岩石被深刻掏空而塌陷的情况就不易出现，当地海底就不会出现海沟。由此形成的岛屿或高山才可以认定为与海底地层物质被大量抽提到地壳表面关系不大。
3.3 海底地壳塌陷特征
海底地壳剧烈塌陷是有其特征的。海水冷却下的地壳比较坚硬，且一定会保持海底地层为一定厚度，这是由高温高压泥岩浆物质流附着后一道冷却后形成的地层所决定的。这就像水泥一样，在一定压力之下低于一定温度就变得极其致密坚硬。所以，海底地壳的厚度是有特殊性的，低于一定地层厚度海水会较快冷却高温高压泥岩浆物质流，必然会造成高温高压泥岩浆物质流凝固结壳；高于一定地层厚度海水冷却高温高压泥岩浆物质流较慢，海底地壳岩层又会被消化溶蚀一些到高温高压泥岩浆物质流中，从而起到削去一些地层的作用。这就是说，同一地区形成海沟的地层厚度应该是比较一致的，相差不大，从而也导致每次所生成高温高压气泡（或气泡囊体）的最大体积相差不大，因此每次发生的地震级别和塌陷范围也是差别不大的。
当然，如果地壳断裂深层很大，海水渗透很深，地壳冷却迅速就必然加厚该地区的地层厚度。我们认为，那些大洋底部较平坦一致的地壳区域应该是比较一致的，而在海底地壳运动激烈的地区因地层撕裂而遭海水浸渗，就容易形成超厚度的地壳。所以，那些海洋地壳板块越发活跃的地方板块越厚，地壳重力阻止力量也越来越严重，故而所激发的剧烈地质活动也必然会越来越强烈。这也是那些海底地层剧烈活动区域地震震源更加深沉，火山喷发更加猛烈的原因。更厚地层可更稳定地长时间保持高温高压流体的存在，而长久存在的高温高压流体又会溶出更多地层同类物质加入到泥岩浆流体之中，同时也会进行更广范围地扩展地层可容纳空间，更多流体物质（包括气体）将催生更加猛烈而持久的火山喷发和大地震。
火山喷发的物质越多，意味着地壳中物质流的温度更高压力更大，其后海底地层所形成的巨型化高温高压气泡囊体必然会更大，火山附近海底地震的级别也会更大，所产生的海底洼地也会更大一些。当然，海底地壳内气泡的形状也是非常有影响的，发达珊瑚状气泡囊体和单纯圆性气泡囊体也不一样的效果，塌陷的深度和方式也必然有区别。珊瑚状气泡囊体的爆破更能使地表显示出较长的线性裂隙走向，我们便误认为是地层的错动所为的地震了。值得特别指出的是，超巨型海底塌陷性地质运动，必须在其地层下部有足够的气体储量囊体才能释放足够大的塌陷空间，才会相伴生超巨量海底泥石流和超巨型滑坡运动，也才可能形成更为平坦巨大的海底洼地。巨型化复杂性一体化气泡囊体更容易形成巨大的海沟平台。
从上面图2中我们可以看见，不仅海底塌陷运动必定发生在靠近火山喷发的海底区域，而在靠近火山喷发一端的地层因其地层岩石被溶蚀得多、空间大、塌陷幅度大，更加容易形成陡峭的断裂带。那些远离地层深部高温高压物质流经遇的地层区，因被溶蚀得相当有限而泥岩浆少一些，则塌陷幅度要小得多。这就形成了海沟靠近大洋板块的一端相对平缓一些，靠近陆地或火山一端会非常陡峭。这也正好符合海沟的形态特征。
当然，海底发生超巨大塌陷之后，释放气体后的气泡囊体因温度极高，如果再混含有熔融态粘稠物质，在强大重力势能作用下，就更容易发生原气泡囊体内在空间的上部界面和下部界面相互交织高温熔接的情况。那些原气泡囊体中依旧存在的细颗粒溶蚀物也会因为板块重力而深深嵌入并相互叠压在一起，甚至因挤压而成为断裂地层缝隙之间极好的填充堵塞材料。海水的冷却还会致使硅酸盐成分物质结成水泥一样的物质。原气泡囊体破灭后会最终叠合并同周围地层结成为一个更加深厚致密的洼地板块。这样，原有输送高温高压物质流通路被严重堵塞，海底地层深部的物质流就会沿着地层附近其他细小的旁路进行溶蚀和扩展。按照这种方式，新的大地震和火山爆发就会逐步形成，并由此带动新的海底洼地创生。
毫无疑问，如此形成的超厚地层，也为以后在其下部形成更为巨大的高温高压气泡囊体，创造了更加稳定良好的地质支撑力量结构。于此也就更有条件形成更加猛烈的火山喷发和大地震，催生更大海底洼地。那些海沟中巨大平台地区，应该与形成稳定的巨大型海底地层气泡囊体直接相关。如此方式，多个地点，多次反复发生剧烈火山喷发地质运动，不定时期分别发生巨型海底地层塌陷，通过长时期的演变和积累，在外表看来，已将一个个海底洼地连接成一体了，这就是形成的海沟地形。
当然，海沟演变总是一个相当缓慢而复杂的过程。海底地壳发生塌陷，必然产生自身所特有地震波，包括巨型滑坡和海底泥石流运动都会产生各自标识的特殊地震波。对这些地震波的收集和分析，无疑对深入认识海沟演变的复杂性非常重要。
3.4 小 结
这里已经说明，海沟的形成是海底地层中高温高压高密度物质流作用的结果，而不是板块移动造成海沟地层潜入地幔的结果。这种高温高压高密度物质流溢出到地层浅部，首先会同多种岩层物质发生物质交换反应，从而制造出火山喷发所需的大量可流动的泥岩浆流体；当地层深部较高温高压气泡囊体中的高温高压气体每次喷入次高温高压气泡囊体中，都会以剧烈性撕裂喷发通道、制造或大或小的地震方式进行，由此也将囊体中的混合流体物质进行剧烈晃动和深层次混合，最终为次高温高压气囊种物质喷发准备好条件；如果地层更深部高温高压气泡囊体气体以撕裂深部地层的方式喷入次高温高压气囊中，所制造的某一次地震最先撕裂地层或松动原有联系地表壳的火山通道，就会触发火山喷发，从而携带出大量的泥岩浆。通过多次火山剧烈喷发，将火山近海海底地层中的大量泥岩浆物质携带出来，这样就大大降低这些海底地层压力，使得这些海底地层在火山停止喷发以后，可以有巨大的空间储存高温高压气体物质，从而形成为巨型化高温高压气泡囊体。当巨大的地层气泡囊体积累更多高温高压的气体以后，在超越地层极限控制的情形下，这个气泡囊体就会爆裂解体地层结构，形成为大地震，直至撕裂海底表层岩层；紧随其后发生塌陷性地质运动，并伴生海底泥石流和巨型滑坡运动，最终形成较为平坦的海底洼地。这样，多个地点，多次重复的这种剧烈地质运动，使得海底洼地连成一体，这就形成为海沟地形。
形成海沟的力量来源是复杂多变的。上述模型并不影响地壳深部超高温高压气泡囊体在海沟附近直接潜伏下来；甚至不影响可能出现分离性的氢氧等单质超高温混合气体溢出到某个地层后，因受到冷却而突发性化合后而爆炸性撕破气泡囊体和地层，诸如震源深度在100Km以上地层中的地震可能就是这种情形。这种超强地震也可以直接快速诱发火山喷发。
火山喷发有其独特的物理属性。地层深部物质喷发过程中，由于压力极高，更会对周边产生强大的吸力，造成地层内早已储备的流体被快速抽空，而逐步由其他地层区的流体物质来补偿填充被掏空地层空间。特别是含超临界水体混合物更容易进入其中，因为它的流动性非常好，还可以根据环境温度、压力、物质组分等情况要么成气体抑或为超临界水液体，而适时进行压力平衡和空间体积的填充。它们所含溶质浓度低，更是对地层开始新一轮溶蚀和消解地层的物质力量，直至创造出该地层最大极限的超巨型气泡囊体。这种超巨型气泡囊体的形成，正是创造海沟的方式。
可见，形成海底海沟的模式为：地层形成次高温高压气泡囊体→较高温高压气泡囊体推动火山猛烈喷发→形成超巨型高温高压气泡囊体→超巨型高温高压气泡囊体爆破解体形成剧烈地质塌陷→形成海底洼地→逐步连结成一体形成为海沟。从地质演化来看，海沟形成需要一个长期化的物质条件准备，特别是需要很多次猛烈的火山喷发，还需要通过多次海底地层超巨型化气泡囊体突然猛烈爆破解体才能引发剧烈地层塌陷运动。因此，海沟形成过程非常复杂，不是一个缓慢渐变的过程，而是多次间断性一连串剧烈性地质活动所长期累积衍生出的一种现象。可以说，海沟的形成和与之相生的火山链，正是地球深部热源物质同地层上部物质相互交汇发生剧烈演变的结果。
无论怎样，地壳深部物质必须通过火山的溢出，才会导致海底地层形成巨型气泡囊体，并最终诱发海底地层发生大地震而形成海底洼地，成为海沟的一部分。
所以，海底地层内部存在高温高压流体是形成火山喷发的决定性条件，而火山喷发又是形成海沟的决定性条件。确实，在海沟附近不远处总是存在有与之关联的火山岛链或者连接陆地的火山群链。上述分析就完全解决了火山和海沟互为相生的机制。
4、海沟形成演化理论的应用与验证
按照我们的海沟形成理论，我们可以得到这样一些推演：
（1）我们认为巨量高温高压气泡或气囊仓是发生地震的根本原因。这些高温高压气泡或气囊仓停留的位置非常有规律的，一般积聚在位置尽可能较高的地层中，故在海陆相间的海床严重断裂性地层中最易实现储存。因为该处断裂地层交合纵横，海水很容易渗透地层得更深，且处于地层深部高温高压物质流溢出所经的路段，所以，更容易在这些海床地层下深部高温高压物质流尽其可能溢出附近的高含水地层中，形成泥岩浆和气体合并组合的巨型化气泡囊体。这样的地区发生地震，才最容易导致火山爆发。大地震的贝尼奥夫带（Benioff zones）也与此海床存在众多深层次地层断层必定完全一致。
从这里我们就知道，引发火山喷发的地震一定距离火山喷发地点不远，这也非常吻合构成自海沟附近向大陆方向倾斜的震源带——贝尼奥夫带。那些火山喷发强烈的地带必定是断裂地层异常丰富，断裂纵深度更大的地区。这些地区的地震往往是火山长久未爆发而被再次激发的前兆，而长久火山喷发将是海底地层下沉的预兆。
（2）深海海底地壳的地震源会在远离火山口较远的地区发生，它们往往是形成海沟的最后推动力量。这种地震非常复杂，会伴生海底大跨度塌陷、海底泥石流及滑坡等多种剧烈地质运动。这种地震一般发生在多次火山爆发之后相关的海沟区域。也就是说，火山喷发虽然制造了山脉、岛屿，但也同时创生出了海沟。剧烈火山喷发停止之后一段时期，必然会爆发深海大地震。尤其是火山喷发频繁而猛烈的印度尼西亚等国家，海沟还在进一步深层次创造之中。
如果我们将火山强烈喷发累积的物质，完全回填到相关海沟中，那也许能够平衡到和附近海底地壳高度平均等高近乎一致的水平。这是我们的预测，但相关实测和具体计算方面尚需要做大量的工作。如果得到充分证实，那可能更是大洋板块移动学说无法做出完美解释的现象。
（3）根据这一理论，可以积极预报地震和火山喷发。大陆架地震发生之后一定时间，会导致火山爆发；火山爆发停止后一度时期，就会出现深海大地震和塌陷。这基本上是一个循环往复的命题。而且，按照我们的模型，火山爆发必定最先起源于一次或多次地层更深部地震对火山地层或旧有火山通道的撕裂和松动。明确这一点对于火山喷发灾害及海床塌陷引发的海啸等预防非常重要。
这样的机制也是可以通过地质观测数据得到验证的。如何验证呢？
一是，通过历史所积累的数据进行整理，尤其地震波的历史记录分析整理是很重要的验证手段。应该说，地震方面已经有很多地质记录数据，通过分析和比较这些历史数据就可以确认和发现该学说的正确与否。深海地震震源应该在引发相关火山喷发的海床地层深处，这是其地质状况形成的。特别是，这些地区丰富的断裂地层为海水深层渗透而致地层物质改性发育为次高温高压泥岩浆合并储藏大量气体的气泡囊体具有十分重要的意义。火山喷发量和深海地震震级是同步相关的，火山喷发越激烈，形成海沟的地震也会越大。
二是，新的观测和记录，这会更加有目的性，更加有针对性，是最重要的现场实证。比如，直接引发海底洼地形成的地震是非常复杂的，地震波也会非常复杂。先始出现地层爆破系列地震波，然后紧接着就是发生大面积地陷式塌陷地震的地震波。同时，整个地震运动所持续的时间最长，极不同于陆地地层中发生的地震。当然，地震级次越大，地震持续时间就会更长一些。当今科技发展很快，尤其可以借助计算机应用，在地震波形分析方面应该有更好的验证条件。
三是，前往海沟作现场取样调查，尤其注意是否存在巨型塌陷地质运动，是否有大型海底泥石流运动，是否有大型地质滑坡运动。
四是，火山岛的历史成因线索调查和深海底地层取样。分析两者是否完全吻合。如果火山岛积存物和经常深海大地震区域的深部地层物质一致，与海沟地层的某一深度的物质一致，那就说明火山的喷发物来自这些地区。我坚持认为，所有海沟相关的火山喷发先始都是高温高压气体带动下吸出了海床地层深处的混合流体物，多次掏空地层是形成海沟的重要前提。
5、结论与讨论
海沟的形成不仅需要地壳内部高温高压物质流推动，需要该处地层物质结构和成分这个内因起作用，也需要海底地壳内地下水系的助力。这三种缺一不可的物质力量，将地壳地层内物质剥蚀形成泥岩浆流体物质，进而创造出地震、火山喷发运动，进而推动海沟的形成和演化。实际上，它们都是地球深部热源物质同地层上部物质相互交汇发生剧烈演变的结果。同时，地层泥岩浆流体物质的来源机制也破解了火山喷发物中那些颗粒度极其细微的各类物质形成之谜。
从上面分析我们知道，创造海沟具有突发性，不是一个缓慢渐变的过程，而是一个多次突发性剧烈地质活动长期累积衍生出的一种现象。海底深层流动化物质以火山形式搬移到地球表面，从而深刻改变深海地层结构，使得深海地层中停留若多可扩张、改变物质属性的高温高压气泡囊体。这些地层中超巨大高温高压气泡爆破后形成大地震，随之而来的是地质塌陷地震运动。这些连贯性的地质运动还会引发海底泥石流、海底巨型滑坡运动、海啸等。这非常不同于地层挤压嵌入运动方式。
在这里还是需要重复一个概念，即是海底地层内部存在高温高压流体是形成火山喷发的决定性条件，而火山大规模喷发又是形成海沟的决定性条件。地壳深部轻比重物质外溢长期存在，也是分化板块、形成海沟、创造岛屿和高山最为主要的动力因素。海沟的存在不是大洋板块移动在板块边界嵌入地层而遗留的证据。
我们在这里特别讨论一下地球原始板块的形成，以及随着板块逐步冷却而剧烈地质运动逐步深入地层深处的问题。因为这个方面的研究，可能对深入解析今天偶发的剧烈地质运动有某些启迪意义。当然，最好的方式莫过于在宇宙中寻找一些原始地球标本了，而且最好能有各个阶段的样本，那样就能更最清楚地了解板块演化和剧烈地质运动的本相了。
地层形成初始从地球为完全炙热熔体开始，那时候自地球深部就不断产生出气体和轻比重物质，可以说从原始地球至今就一直存在。只不过，因为原始地球的表层壳较薄，有许多地方甚至没有形成地壳，气体和轻比重物质很容易从那些熔融状没有成形地壳的地区外溢。无数个容易逃逸气体和外溢轻比重物质的地点，逐步由点连成线，这就是板块分化初始的状态。那些在地球原始板块形成初期经常外溢地球深部轻比重物质和气体的地区，总是地球最为活动的地区，也是板块断层最为丰富的地区，更是最不容易形成坚强板块的地区。这种情况可能从原始地球之初就一直在地球的某些区域存在，已经形成了地球深部轻比重物质外溢的固定模式，也是观察和了解地球深部物质成分和地球深部活动规律的重要窗口。
也许在地球板块形成中的某个时段，已完整成形并很好衔接的整块板块，因漂浮于岩浆之上，在受到深部积累出的较大高温高压气泡体爆发后的推动，板块局部地区可能存在时断时续的极其缓慢而呈阵发性的飘逸，更准确地说那是一种猛烈挤拼下的局部移动。但是，这种拼挤只会造成板块断裂和相互磊叠加高向上挤的特点，形成折皱的山谷和山脉，而不会插入地层之下。当然，地壳总是漂浮在熔融岩浆之上，正因为地壳层层冷却中，没有外力搅拌的行为,地层中比重近似的物质分层排序也存在不均匀。正是这种不均匀的物质分层排序，当地壳全面固化以后，深部高温高压气体和轻比重物质外溢才会同这些非均匀性物质发生不同的反应，也才有我们地球今天的地壳形态。
我个人认为，海底断层附近那些大量存在的规律性长方形地层结构形成过程中，可能也与海水渗透入地层和该处附近地层深部高温高压物质流外溢相关。也就是说，它们同样是在海底地质演变的某一时期形成了巨大的体积相差不大的超级气泡囊体。不过，这种超级气泡囊体更是极其巨大，且在相当长时期内稳定存在。当地球地壳发生收缩，其中的气体溢出之后，海底地质受重力作用发生整体断裂性下陷，这样就形成了基本规律的海底长方形地层结构。
地球自原始状态开始就一直在冷却，除了向宇宙辐射以外，还会以溢出深部气体和轻比重物质的物质交换方式进行自发冷却。在地壳厚度加大以后，更多的冷却方式就是深部高温高压气体和轻比重物质外溢所形成的强烈地质活动。地球还在不断冷却中，地壳也总是在不断冷却中增厚。地壳的增厚无疑保证了地球内部的活动更加稳定，也使得地球冷却得更加缓慢。这也是生物由简单细胞向复杂生物演变、多样生物共居同一个星球所必不可少的一个条件。一个冰冻越来越严重的星球是不可能有灵长类高等生物出现的。地球已经经历了几十亿年的演化和变迁，生物演化也一直与之同步并经受历次剧烈地质活动的考验，很显然，那种认为地球深部的剧烈地质活动会毁灭地球生物的说法是不正确的。
关于海沟的形成演化过程，如上所议，只能作为一种先导观点略加阐述和辨析。实际上，这方面还有许多的事情要做。
比如，海沟形成的地下物质转化和能量条件、火山爆发机理等更深层次研讨，相关地震和火山喷发的积极预报方面等都是需要深入研究的。正如地震和火山喷发需要条件一样，我本人能就此做些研究的条件近乎已经完全超出个人生存环境的非常极致了，资金支持和调查能力实在非常有限。所以，请大家读到此文时，不要感叹可能是我的懈怠懒惰造成了研究不够深入细致。
但是，作为一种新的学说——地震是由于超级高温高压气泡爆破引起的来讲，确实感到海沟形成演化有不得不解释的方面。毫无疑问，人类只有一个地球。深入研究海沟及与之相关联的地震、火山喷发活动，无疑对人类积极预报、预防剧烈地质灾变事件具有十分重要的意义。
由于时间有限，此篇文章完全是出于为了科学研究地震、火山喷发等强烈地质活动提供新的视角，而尽抛砖引玉之能，希望大家多多批评指正。
参考资料:
[1] 李安宝（Anbaoe Lee） 大地喘息与地震——火山爆发及地震成因论 科学人网站 2013年
[编者注]：该文章作者动笔于2014年10月6日，初成于2014年10月7日，2014年10月9日、14日修改，14日发表于《科学人网》。10月26日作者又全面修改更新一次。作者表示，此次为定稿本，不再进行较大修改，如有新的研究发现，将以其他篇章表述。我们之所以即时刊登该文章，系完全遵从作者抛砖引玉的设想。地震及火山喷发研究对于人类社会的文明建设与发展非常重要，但长时期深度研究其机理的重磅文章并不多见，可见地下结构的解理难度确实很高。希望我们所做的工作，能引起在此方面研究的各位学者关注。谢谢。
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专家称大地震与火山喷发因果关系仍待研究
新华网北京（2014年）3月31日电 日本3月11日发生里氏9级地震后，日本境内多座活火山也开始活跃起来，引发火山可能大规模喷发的担忧。就大地震与火山喷发之间的关系，地球科学领域的专家们在接受新华社记者专访时指出，由于地质史上很多大规模火山喷发未得到充分记载，已有的科学记录时间也太短，两者之间的因果关系尚不明了。
“大规模火山喷发与大地震之间的关系，仍是一个未得到充分研究的课题，” 美国伍兹霍尔海洋学研究所资深研究员、华人地球物理学家林间30日在接受新华社记者采访时说。
他介绍说，大地震紧接着引发大规模火山喷发的情况并不常见。有较充分记录并明显可能由大地震引发的火山喷发仅有两例。1960年5月22日，智利发生9．5级强震，这是有仪器记录以来最强的地震。主震发生38小时后，智利中部沉寂25年的普耶韦－科登·考列火山剧烈喷发。虽然这座火山位于智利偏远地区，在喷发前缺乏足够的科学监测，但鉴于其喷发与强震在时间和空间上非常接近，科学家认为喷发有可能由大地震导致。
此外，1975年11月29日，美国夏威夷发生7．2级地震后，附近的基拉韦火山紧接着发生小规模的短暂喷发。林间说，这次地震发生方位紧邻火山，而且科学家在地震前就已观察到基拉韦火山处于膨胀状态。换句话说，这座火山本来可能就已接近喷发，地震充当了触发因素。
美国地质勘探局喀斯喀特火山观测站首席科学家约翰·尤尔特在29日回复新华社记者的电子邮件中也提到了上述两个地震引发火山喷发的案例。他还介绍说，2004年苏门答腊岛附近海域大地震后，有129座活火山的印尼并没有发生火山喷发。
尤尔特说，地震和火山之间的相关性“既存在又令人迷惑”，而且两者可以相互作用：火山喷发时，地下岩浆的运动会导致岩石破裂，引发与地震表象类似的震动，不过这些震动规模一般比较小，范围也都在火山周围20英里（约合32公里）以内。
他表示，尽管地震并不总是引起火山喷发，但可以通过几种方式“激活”火山：通过地面传播的能量波打破岩浆池上部的最坚硬部分，导致熔岩泄漏，1975年基拉韦火山喷发就是这种情况；地震导致火山岩浆中气体移动，引发爆炸性喷发。这好比一瓶苏打水，如果摇晃摇晃，气泡就向上浮，在一定的环境下，它们就会跑出去。地震应力能挤破岩浆池，将岩浆推向表面。
尤尔特说，建立大地震与继发火山喷发之间的统计学上的相关性需要对地质和火山活动的长期、准确记录。而目前全球关于这些活动、特别是1900年以前地震和火山喷发事件的记录很少。因此，迄今的数据只能表明大地震与火山喷发之间具有“弱相关性”。另外，即便两者具有相关性，建立并解释两者间的因果联系也完全是另一回事。
“大型地震在一些情况下具有导致火山喷发的可能性，但其中的机制并未得到很好解释，对预测火山活动也没有帮助。来自火山监控网的数据仍是预测火山活动的唯一可信赖方式，”他说。
佐治亚理工学院地球和大气科学学院助理教授、地震专家彭志刚30日接受新华社记者采访时也表示，科学界已经发现大地震与火山喷发之间具有“相关性”，这种关联不太可能由随机因素所致，但这种相关性并不总是存在。
美国伍兹霍尔海洋学研究所资深研究员林间说，日本大地震后，地壳中应力状态的扰动和变化不可避免地会导致距离地震带最近的一些活跃火山产生某些变化，但只有当某座火山本身已处于岩浆膨胀阶段时，大地震带来的扰动才会产生重大影响，“因此最重要的是要对日本所有活跃火山进行密切监控”。
他还指出，与1960年智利地震和1975年夏威夷地震相比，这次日本大地震断裂带与该国大多数活跃火山距离似乎更远，因此带来的直接影响可能也会更小。
彭志刚也表示，科学家目前正对这些火山进行密切监控，不过，目前仍难判断哪座火山将喷发，哪座不会喷发。通常情况下，大地震过后，随着时间的推移，其引发火山喷发的风险也逐渐降低。（综合本社记者毛磊、任海军报道）
[凤凰网-新华网]
印尼钻井事故万人撤离
新华网雅加达（2006年）８月３０日电（记者赵金川）据当地媒体３０日报道，印度尼西亚东爪哇徐图利祖县天然气井喷发的泥浆２９日上午涌入当地一条高速公路，导致当地交通一度瘫痪。
8月30日，在印度尼西亚东爪哇省的诗都阿佐，一名村民在热泥浆中搜寻物品。 5月29日，位于东爪哇省徐图利祖县的天然气钻井发生事故并喷发出热泥浆，淹没了4个村庄。灾情发生后，钻井公司和有关方面采取多种措施加以应对。到目前，当地有1万多居民被迫撤离。 新华社/路透
8月30日，在印度尼西亚东爪哇徐图利祖县，政府官员与外籍专家检查一处发生喷发泥浆事故的现场。 据当地媒体当天报道，印度尼西亚东爪哇徐图利祖县天然气井喷发的泥浆29日上午涌入当地一条高速公路，导致当地交通一度瘫痪。 新华社/路透
报道说，冒着白烟的炙热泥浆冲垮了防护堤坝，并从缺口处涌入泗水至肯波尔高速公路，导致部分路段被迫关闭，拥堵路段长达７公里。由于担心泥浆随时会溢出堤坝进而冲毁附近公路和村庄，当地民众已开始向地势较高处转移。
今年５月２９日，拉宾多天然气钻井公司设在徐图利祖县的气井发生喷发泥浆事故。这座气井每天喷发大约５０００立方米泥浆，迄今已淹没３座村庄、５０公顷农田和１２８家工厂，导致数十万人无家可归或失业。
三个月来，尽管印度尼西亚政府和天然气钻井公司采取了一些措施，但仍难以有效控制气井继续喷发泥浆。由于雨季将于１１月到来，人们担心暴雨将和泥浆一起淹没事发地点周边的村庄、农田和工业区，导致更大的灾难。（完）
[新浪网-新华网]
印尼钻井事故喷发泥浆淹没4个村庄
新华网雅加达８月１６日电（记者 赵金川） 据印度尼西亚媒体１６日报道，印尼东爪哇省今年５月发生的天然气钻井喷发热泥浆事故至今仍未得到控制，已有４个村庄的１６００间房屋和其他建筑物被泥浆淹没。
报道说，今年５月２９日，位于东爪哇省徐图利祖县的天然气钻井发生事故并喷发出热泥浆。两个多月来，该钻井每天喷出约５０００立方米的泥浆。尽管钻井公司和有关方面采取了修筑临时堤坝等措施，但炙热的泥浆仍大量喷出，并形成了一个面积达２５平方公里的泥浆湖。不断增多的泥浆日前冲毁了堤坝，附近４个村庄全部被淹没，当地１万多居民被迫撤离。由于泥浆中含有有毒物质，致使许多居民患上了呼吸道疾病。
目前，有关部门还没有找到应对灾情的有效办法。印尼政府已要求钻井公司承担事故的全部责任，并赔偿全部损失。（完）
[新华网]
印尼火山狂喷泥浆2年 或给地球留下巨大伤口
2007年3月10日，在印尼东爪哇诗都阿佐地区的波龙，泥火山喷出的泥浆覆盖了大片土地。(资料图片)
印尼爪哇岛东部波龙镇一座火山，两年前突然开始狂喷泥浆，至今没有停歇，十几个村庄已成为一片泽国，损失超过３７亿美元。
这场灾难的原因，一直是个谜。有人说是因为天然气公司的违规操作，也有人说这纯粹是自然的力量。
科学家预测，如果不能有效控制泥浆喷射，可能造成当地地层下陷，最终成为地球上一个巨大伤口。
损失：超过３７亿美元
２００６年６月２日清晨，艾哈迈德·穆达吉尔正在家门前修理摩托车。８时刚过，他感到地下有隆隆的轰鸣声。他并没有太在意，因为印尼处于地震多发地带，这种轰鸣时常发生。但很快，他就发觉情况异常。
“那是一声爆炸，”穆达吉尔回忆道，“泥浆开始喷射，足有５米高。”转瞬间，整个村子乱成一团，每个人都在逃命。穆达吉尔带着老母和两个兄弟逃离自己的家，没有收拾东西。他以为不久就可以回来。
可是，两年过去了，穆达吉尔所在的村庄，以及波龙镇大部分地区，已被泥湖吞噬，不复存在。泥浆至今仍以每天约１５万立方米的量喷射，足以填满５０个标准游泳池。
两年来，火山总共喷射了大约１亿立方米泥浆，淹没了１２个村庄，造成１.６万村民流离失所，数十人死亡。
当地人把这座喷射泥浆的火山叫作“卢西”。喷射中心是一个深３０米的“大洞”，带着硫磺味的白烟从那里滚滚而出，遮天蔽日。
在通往火山口的狭窄通道上，几十辆卡车排成一列，等候运输喷出的泥浆。它们已运输了２５０万立方米的泥土，并用这些泥土在周边地区修建了长达１３公里的堤坝。
据国际货币基金组织估计，卢西火山已给印尼造成３７亿美元损失。情况可能会更糟。由于泥浆不断喷出，火山口周围地面正逐渐下沉。最终，波龙可能成为地球上一个巨大的伤口。
原因：９８％是人为事故
造成这次灾害的原因，至今众说纷纭。村民们认为，罪魁祸首是在当地从事天然气开发的拉宾多钻井公司。
一些独立地质学家，如英国达勒姆大学泥火山研究专家理查德·戴维斯，也认为有可能是拉宾多公司的开采工作破坏了地下结构，导致泥浆喷射。戴维斯去年来到波龙，仔细研究了喷射口，得出结论：“我有９８％的把握认为，这次灾难源于钻井。”
２００６年５月２７日，拉宾多公司将一号钻井台设在穆达吉尔所在的村庄附近，目标是地表以下３０００米的石灰层。这是一次探测性钻井，没有人清楚波龙的地下结构。
当钻到２８００米深时，钻井人员发现井中压力下降。这种情况通常意味着地层的自然断裂导致钻探泥浆泄漏。工程人员向井内泵入钻探泥浆封住断裂处，以此来恢复压力，然后取出钻井机。
戴维斯认为，就是在２８日清晨取钻井机时出了问题：来自周围岩层的高压水和高压气源源不断涌入井内。为了防止发生爆炸，工程人员关闭了地表出口，有效控制了井内压力。然而，一切已太晚。数千米以下蓄水层里的水在高压下，携带着泥岩里的杂物冲向地表。由于井口被封，它只好寻找别的出路，于是便在距离井位１５０米处喷出地表，形成泥浆喷射。
拉宾多公司说，它的钻井计划得到政府批准，整个过程遵守有关规定。公司副总裁育尼瓦提·特亚纳提供了另一种灾难原因解释。事件发生前两天，卢西以西３００公里处的日惹市发生里氏６.３级地震。拉宾多公司认为，是这场地震导致地层断裂，泥浆喷射。
挪威奥斯陆大学地质学家阿德里亚诺·马齐尼赞同这一解释。他研究了拉宾多公司提供的数据后，认为“有强有力的证据显示，这是一场自然灾害”。
但戴维斯认为，如果是由于地震引发了泥浆喷射，发生时间应该更早些。同时，他引用研究成果证明波龙距离震中太远，不足以受地震影响。
救灾：这是一场战争
既然没有人能说清楚泥浆喷射的确切原因，那些试图止住灾难的措施也就难以有效，两口缓压井都效果不佳。
去年初，印尼万隆技术学院的科学家提出一个新颖的方案：向“大洞”里灌入成千上万用链子拴在一起的水泥球，以此慢慢释放洞内压力。这个方法暂时缓解了泥浆喷射，但去年３月就被叫停，因为另一支政府工作队接管了这里的管理工作。
最近，日本一支工作队建议，修建一座高４０米的大坝来挡住喷出的泥浆。熟悉卢西地形的科学家否定了这一方案，因为这里的地层一直在下沉，建造一座大型水泥大坝可能导致地层断裂。
这样看来，卢西的泥浆喷射有可能短期内无法停止。澳大利亚阿德莱德大学地质学家马克·廷盖说，１９７９年，壳牌石油公司在文莱发生过一次类似的井喷事件，挖了２０口缓压井，花了２０年时间，才止住泥浆喷射。戴维斯预测，如果任由卢西自生自灭，可能几十年后泥浆才会停止喷射。
卢西工作队负责人哈迪·普拉斯特尤说，他现在的主要任务不是止住泥浆喷射，而是将泥浆拦起来。目前的措施是将淤泥引入附近的波龙河，最终流入大海。可问题是，淤泥正在淤塞河道。下游一个鱼虾养殖场的工人们抱怨，泥水堵塞了水源。
普拉斯特尤说：“这是一场战争。我们没有承诺停止泥浆喷射。我们必须向上帝祈祷。”
抱怨：赔偿不够买房
当地人采取一些另类的方法向上帝祈祷。有一个流传很广的故事，说是拉宾多公司可能触怒了卢西的树神。当地人从巴厘岛和婆罗洲请来玄学家，用鸡、猴、牛等为祭品，请求树神息怒。
政府的工作队也做了类似的法事。一名发言人说，工作队雇了懂占卜术的人祈求降雨，以便把泥浆冲走。
泥浆喷射也给一些人带来赚钱机会。为吸引好奇的参观者，当地一家酒店更名为“泥湖”。在通往卢西的路口，当地人会设置一些路障，向过往车辆收取过路费，同时兜售干果和坚果。大坝顶部，有人推销讲述事故原委的ＣＤ，碟片封面上是惨不忍睹的灾难情景照。还有人向游客提供“摩的”服务，只要花１美元，游客就可以乘坐摩托车到达泥浆喷发地点参观。
当地一个难民营里住着２０００多名无家可归的村民。他们的居住条件很差，难民营所在地原来是一个集贸市场，他们就在货摊上支起简陋的油布，和羊群挤在一起，周围满是垃圾。
拉宾多公司向难民营里的村民提供食品、简易诊所和临时清真寺，但村民们从来没停止过抱怨，包括配给食物的质量、泥浆可能给身体带来危害等。尽管政府工作队称卢西火山口喷出来的气体没有毒，但他们仍然觉得呼吸困难，身上常出皮疹。
他们抱怨最多的还是钱。在印尼政府的要求下，拉宾多公司同意向村民支付总额为４.１２亿美元的赔偿金，首批支付２０％，余下的两年内付清。现年４５岁的丽娅提说，这根本不够。她拒绝了拉宾多公司答应支付给她的４５００美元，因为这笔钱不足以买套新房。拉宾多公司正苦苦劝说村民们接受这笔赔偿。（唐昀）
[新华网] 注：2008年05月27日报道