編者按:
日本地震與中國境內的郯廬斷裂帶相關,現在地震無形中多起來了,未來斷裂帶上的人應當注意地震災難,因為如今是一個新的滄海桑田事件要來臨。地震與火山噴發都少不了。關於地震理論中的俯衝理論,其實是解釋山脈形成的假說,從全球現在所有的斷裂帶與海溝外形,至今我們還沒有找到地殼俯衝的任何證據。其實地殼只存在斷裂與隆起、下沉運動-地幔的集結或者發散運動。其次是斷裂帶與地殼局部整體隆起運動相關,如東非大裂谷就是非洲東部隆起地殼開裂的結果。這個斷裂帶上的火山帶可以充分說明問題本質。如果地殼巖石下部存在巨大的水體,那麼其上的地殼在地球膨脹時因為水體的擠壓作用,其地殼是容易斷裂的,這就是郯廬斷裂帶地震的根本原因。揚子板塊的隆起與中國東部地殼下的龐大水軍相關,水受熱體積必定增大,這遠比火山爆發更加嚴重,也就是郯廬斷裂帶上的地震未來更加頻繁,因為是強巖的斷裂,那麼其上部的地震表現的當量是極大的,郯廬斷裂帶歷史上的地震就是表現之一。預言中提到的日本沉沒是與郯廬斷裂帶隆起運動相關。所以未來亞洲內陸地震必定更多。當今全球火山噴發與地震更加頻繁,這都與地球內部發熱膨脹相關。是行星引力作用導致行星內部發熱。另外也是孛星出現的重要前兆。 日本俯衝帶的地震活動與中國
嵇少丞
1. 所幸不是直下型地震
所謂「直下型地震」係指地震的震源位於城市直下方的地殼內,或者說,城市直接建在斷裂帶上。直下型地震對城市造成的危害最大。例如,1995年1月17日日本大坂-神戶地震、1999年8月17日土耳其伊茲米特地震、1999年9月21日臺灣集集地震、2001年1月26日印度古吉拉特邦地震等都是城市直下型地震,因此都造成重大的人員傷亡和巨大的經濟損失。
3月11日的日本8.9級地震的震源所幸不是位於仙臺等城市的直下方,否則,後果更是不堪設想。
震源位於據仙臺海岸以東130公裡的太平洋板塊俯衝帶上,震源深度24公裡,震中位於38.322°N, 142.369°E,發震斷裂為向西緩傾的逆斷層,其傾角還不到15度。巖石的摩擦係數約為0.75,傾角26.5度左右的斷層最易活動。這次發震斷裂的傾角還不到15度,故需更大的差應力才能啟發地震。太平洋板塊向西強烈推擠著歐亞板塊,激烈衝突的前沿陣地就是日本海溝及其向西傾斜的俯衝帶,雙方就這樣互不相讓地擠壓著、僵持著、幾十年、幾百年甚至上千年,俯衝帶內的巖石在痛苦地支撐著來自雙方的應力,應力越積越高,震源體處的巖石終於支撐不住了,瞬時間徹底崩潰了,斷裂迅速滑移,釋放出巨大的能量,其中約90%的能量耗散於巖石破裂、碎裂、摩擦、升溫 (形成一種由極細的巖石碎屑和熔漿混合而成的假熔巖) 等,另外10%左右的能量以地震波的形式迅速傳遍全球,震撼整個日本島國,掀起滔滔海嘯,無情的吞噬沿途的一切。這次巨災使得城鎮夷平,江河易容,美麗的家園滿目瘡痍,鮮活的生命瞬間凋零……舉國同悲,全球震驚。
日本歷史上曾記載數次大地震,例如,1707年發生的約8.4級的寶永地震,600公裡的範圍內都感到搖晃。死亡人數至少6萬以上,房屋倒塌6萬戶以上。地震帶來的海嘯襲擊日本太平洋沿岸,海浪吞噬了大約2萬戶人家。這次地震使地下有巖漿的地殼被壓縮和能量積蓄,導致一個月後富土山火山爆發。日本歷史上地震死亡人數最多的可以說是1923年9月1日發生的7.9級的關東大地震。該地震發生在日本首都所在地東京,由於人口密集和木結構房屋集中以及地震引起的火災等原因,死亡和去向不明人口達142807人,受災人口340萬人,燒毀房屋44萬7千戶。2011.3.11這次地震死傷人員還有待統計。
2. 太平洋板塊俯衝與中國郯廬大斷裂的地震活動
3.11的日本地震使得太平洋板塊相對歐亞板塊一瞬間下插了5-6米,中國大陸如何響應這一巨變?突然間的板塊俯衝能否觸發中國東部特別是郯廬大斷裂的連鎖反應,我們只能拭目以待。
大家還記得2004年12月26日晨7點59分,印尼蘇門達臘島北部附近海域發生特大地震並引發海嘯,造成印度洋周圍近30萬人死亡,其中印尼有近24萬人,斯裡蘭卡有3萬多人,印度有近2萬人,泰國有近9000人。此外,緬甸、馬爾地夫、馬來西亞、索馬利亞、坦尚尼亞和肯亞也都有人死亡。蘇門達臘地震加速了印度板塊向北運動。三年多之後,出於青藏高原東邊界的四川汶川發生了8.0級地震,在龍門山地區造成大量房屋倒塌,導致69,226人死亡 (已確認),17,923人失蹤 (屍體尚埋在廢墟、塌方或泥石流之中) ,374,643人受傷,4,500多萬人失去家園,導致上萬億元的財產損失。
不別擔心由太平洋俯衝板塊在中國境內造成的直接的地震,因為它們都是些深源地震,主要分布在吉林省琿春-汪清一帶,震源深度高達500-660 千米,這樣的深源地震對地面工程建築破壞性較小。例如,2002年6月29日01時19分,在吉林省汪清縣 (43.5ºN,130.6ºE) 發生7.2級地震,震源深度540千米。儘管震級較高,影響範圍較大,但由於屬深源地震,地震波在傳播過程中,能量大大衰減,到達地面後對地表幾乎沒有造成破壞。
我還是最擔心郯廬斷裂。
前人已對中國東部地震與日本海溝地震的相關性做了初步分析, 例如,洪川、竇振亞、劉鋒濤, 1996, 地震,No3;吳佳翼, 1979,地球物理學報,No4。一般認為郯廬斷裂帶與日本海溝俯衝帶的地震活動隨時間發展起伏的特點很相似,地震活動段和間震段亦一致。兩者的關係雖然複雜,但也是彼此促進、相互連鎖。
圖1. 亞洲活動構造簡圖。印度板塊楔入歐亞大陸和太平洋向西俯衝形成兩大陣營。箭頭代表各地塊運動方向,箭頭中數字代表構造逃逸的期次。解釋見文字。
郯廬斷裂並不僅存於郯城與廬江之間,向南到湖北省長江北岸的武穴, 向北北東方向經安徽省的宿松、潛山、廬江、嘉山、江蘇省的泗洪、宿遷、山東省郯城、沂水、濰坊,進渤海,然後過遼東半島,穿過東北三省去了俄羅斯。在中國境內長達2400 千米,寬幾十至200千米,總體走向北東10-20º,左行錯距達~550 km。
郯廬斷裂在侏羅世時,是一條左行走滑斷裂帶,當時長度也僅是武穴 (湖北) 至安丘 (山東) ,左行錯斷了大別-蘇魯超高壓變質巖帶近500 千米, 而且郯廬斷裂東側的地塊發生了15-25º逆時針旋轉。在白堊世,郯廬斷裂帶和河北、北京、天津、遼西、渤海等華北地區一樣遭受北西西向拉張,形成地塹等斷陷盆地,此時郯廬斷裂帶進入渤海,渤海中央成為當時的沉降中心。4500萬年以來, 印度大陸擠入歐亞大陸、青藏高原形成和側向擴大、大陸向東逃逸,逃逸構造造成的構造應力和太平洋向西俯衝造成的構造應力同時作用於郯廬斷裂,使其轉變成右行走滑斷裂帶,進一步向北東方向傳播擴展,穿過整個東北三省最後進入俄羅斯境內(圖1) 。現今的郯廬斷裂水平滑移速率約為2.3 毫米/年。
郯廬斷裂具有啟發巨震的能力。1668年7月25日晚8時左右 (清康熙七年) 山東省郯城和莒縣之間一帶發生8.5級大地震,震中位於(35.1º N,118.6º E), 形成的同震破裂至少130千米長,走向北東20-25º,向東南傾60-80º, 右旋走滑位移為7-9 米。這是發生在郯廬斷裂帶上的一次特大地震,也是中國東部迄今為止最強烈的地震,有感範圍波及到陝西、山西、河北、河南、湖北、江西、浙江、福建、安徽和江蘇等省,總面積約100萬平方千米。地震破壞的地區約19萬平方千米,其中破壞慘重的有山東省郯城、臨沂、莒縣、沂水、江蘇省新沂、宿遷等地, 最高烈度達12度。1668年郯城地震屬於無前震的主餘震序列,震後又發生6.5-7.1級餘震6次。斷裂帶表現為由南向北單向擴展的特徵。郯城地震造成建築物倒塌性破壞,地面遭受強烈變形。山崩、地裂、地陷等地面形變現象主要分布於山東省大部分地區和安徽省北部, 形變帶延伸南北長達130千米, 其中強破裂帶大致北起莒南縣板泉 , 南到郯城縣歸義茅茨 , 長約70餘千米。由於地表大面積升降,平地大面積被溢出來的地下水淹沒, 蘇北贛榆縣海灘隆起, 黃海海水退舍30餘裡。更由於數十個州縣房屋倒毀 ,人畜傷亡十分慘重 ,按史料記載計算人口死亡在5萬人以上 ,其中莒縣死亡2萬有餘 ,臨沂死亡1.2萬以上 ,郯城死亡8700餘人。
據歷史記載,郯城地震時空中如巨雷轟鳴 , 地下若萬馬奔騰,「一時樓房樹木皆前俯後仰,以頂至地者連二、三次,遂一顫即傾。城樓垛口、官舍民房並村落寺觀一時俱倒,塌如平地」,「城內四關六百餘戶盡倒,城垛全坍,周圍坼裂,城樓傾盡,城門壓塞,監倉衙庫無存,煙灶俱絕」。當時正值夏季炎熱多雨季節,隨之而來的瘟疫流行。史料記載:「其時死屍遍於四野,不能殮藏者甚多,凡值村落之處,腥臭之氣達於四十餘裡,臭不可聞」,「天災存至,痢疾繼發,號哭之聲,徹於四野」,「先時自謂災方過,誰知災後病還來」。
郯城地震那天,《聊齋志異》的作者——文學家蒲松齡正好在山東省臨淄縣, 晚上 8 點左右他正與其表兄李篤在旅館對燭暢飲, 忽聞有聲如雷自東南來, 向西北去, 眾駭異, 不解其故。緊接著桌子開始擺簸, 酒杯傾覆, 屋梁椽柱錯折有聲, 人們相顧失色, 呆滯了一陣才意識到是地震, 來不及穿衣褲便急忙逃出屋外。只見遠近樓閣房舍劇烈搖晃僕而復起, 牆傾屋塌之聲與兒啼女號交混鼎沸。人眩暈坐立不穩, 河水傾潑猛漲丈餘, 鴉鳴犬吠不停, 一個多小時始稍定。蒲松齡把自己的這些親身體驗和所見所聞 ,寫成《地震》一文:「山東省南部的郯城、臨沂、臨沭、莒南、莒縣一帶災情分外慘重。郯城城樓垛口、監倉、衙庫、官舍、民房並村落寺觀一時俱倒塌如平地,震塌房屋約數十萬間。地裂處或縫寬不可越, 或縫深不敢視,地陷塌處皆如階級有層次,李家莊一鎮並陷, 凡數千家,泉水上湧二三丈高, 遍地水流。臨沂城郭宮室廟宇公廨一時盡毀,人無完宇。山崩地裂,井內水湧高數尺,平地水深丈餘,州治北門外裡許坍龍潭一區,周圍闊五、六丈 ,深二丈七尺,水青黑。莒縣官民房屋、學署、寺廟、監庫、牌坊、城垣俱倒 ,周圍百餘裡無一存屋, 十三層塔一座崩裂一半。馬蓍山崩四散, 五廬固山劈裂一半, 閻家固、施風朵、科羅朵、馬齊山大山各裂一半。城內四鄉遍地裂縫,或寬一尺至三尺,長數丈至數百步。沭河東崖裂縫寬三尺,自管莊至葛湖長十五裡,裂處皆翻土揚沙,湧流黃水,城東北、北門大街三口井噴水高三四尺。」
除1668年地震外,僅全新世以來郯城和莒縣之間的郯廬斷裂帶上,至少還有另外三次大於或等於8.0級的古地震。為什麼這個地區多次發生大於或等於8.0級的巨震?肯定這個地區具有特殊的地質條件。我們認為這個特殊的條件就是強巖,只有震源區有強巖才能產生強震。郯城和莒縣之間的地下正是高強度的蘇魯超高壓變質巖,如長英質片麻巖、花崗巖和榴輝巖等。在郯廬斷裂的某些區段上已經很長時間處於閉鎖和彈性應變能積累階段 (地震空區),斷裂超期服役。眾所周知,巨震總是發生在本該活動而又長期未活動的地震空區。
3. 太平洋板塊俯衝如何影響中國大陸東部的巖漿、裂谷及構造演化?
郯廬斷裂原是一條形成於華北-揚子板塊碰撞過程中重要的、巖石圈規模的、撕裂型剪切帶,其早期(245-230 百萬年Ma)作左旋剪切運動(位移量<100 km)主要是為了調節揚子板塊東西兩側向NNW匯聚速率的差異。隨著華北和揚子板塊碰撞擠壓(230-200 Ma)的深入發展,郯廬斷裂迅速向NE方向傳播延伸,其東側的地塊沿左旋剪切的郯廬斷裂向NE方向逃逸,就像印支地塊在32-15 Ma時沿東側的紅河-哀牢山左旋剪切帶向SE方向逃逸一樣。郯廬斷裂的傳播延伸繼承和利用了華北克拉通巖石圈內部先存的薄弱帶。同時,揚子板塊向北強烈的碰撞擠壓在華北地塊內造成近東西向拉伸,類似於青藏高原近期的南北向縮短而東西向伸展。郯廬斷裂的左旋-伸展剪切造成其南北向延伸的次級斷裂主要呈伸展拉張狀態,巖石圈減薄首先在這些薄弱的部位開始,因為這些薄弱帶是地幔熱流最集中的地方。郯廬斷裂全線及其次級斷層作為薄弱帶成為軟流圈物資上湧的首選通道。俯衝揚子板片脫水作用析出的流體以及來自軟流圈富矽、富碳酸鹽的熔體優先選擇左旋-伸展剪切郯廬斷裂的局部拉分地段上升。這可能就是為什麼中國東部巖石圈減薄中心沿NNE方向分布的原因。華北克拉通東部晚三疊紀(205-225 Ma),鹼性巖漿作用就是發生在這一減薄階段、巖石圈地幔中熔點較低的富集組分受到局部熱擾動發生部分熔融的結果。與此同時,大別-蘇魯造山帶中超高壓變質巖快速折返。目前認為超高壓變質巖快速折返是由俯衝板片斷離引起的。
160-90 Ma時,華北克拉通東部NNE向的大陸裂谷系可能是一與古太平洋板塊俯衝引起的、不久即遭遺棄的弧後擴張盆地。那個時期,日本海尚未擴張成海,太平洋板塊快速地向NNW俯衝到歐亞大陸下面,郯廬斷裂作左旋剪切,郯廬斷裂的大部分位移量是這個階段形成的,斷裂東側的蘇魯地塊逆時旋轉了15-25°。太平洋板塊一路插到中國東部的上-下地幔邊界。俯衝板片在地幔中脫水, 形成的流-熔體從熱的地幔上湧到華北克拉通巖石圈/軟流圈的邊界,然後通過一系列物理-化學相互作用的綜合過程使巖石圈在流變學性質上發生弱化 (巖石圈流變厚度變薄)、在化學成分上發生交代和置換(從虧損的方輝橄欖巖變成飽滿的二輝橄欖巖)。與此同時,沿著NNE向延伸的郯廬巖石圈深大斷裂及次級破裂上升的熱流造成大規模的基性巖漿活動並使巖石圈作東西向伸展,形成渤海灣、松遼、冀中拉張盆地。一旦俯衝板片脫水完畢,巖石圈減薄和基性巖漿活動也隨之結束。然後,隨著上地幔軟流圈的降溫,巖石圈又會有所增厚。
圖2. 東北亞地幔地震波層析解釋剖面。俯衝板片在地幔過渡帶中脫水, 形成的流-熔體上湧到華北克拉通東部巖石圈-軟流圈的邊界,使巖石圈弱化減薄,形成晚中生代的巖漿活動。華北克拉通西部(如山西盆地)以及蒙古和俄羅斯貝加爾湖地區新生代的構造伸展和巖漿活動可能與俯衝板片在核幔邊界最後脫水形成的流-熔體上湧有關。
在90-75 Ma,太平洋俯衝從NNW向轉為W向,隨著應力場變化郯廬斷裂也從原先的左旋轉變為右旋。圖2是地震層析成像的結果,地震波穿越地球內部就像超聲波穿透人體,經層析成就讓我們了解地球的內部結構。過去20年來,地震層析成像技術突飛猛進,根據波速異常確定俯衝板塊的形狀及其隨深度的變化。在地震波層析剖面(圖2)上,我們可以看出,現代太平洋板塊在日本列島東側的海溝向西緩角度俯衝,一直達到中國東北660 km 深的上下地幔界面,然後呈「S」狀沉入下地幔,一直達到蒙古或俄羅斯貝加爾湖下面2900 km深的核幔邊界。俯衝到下地幔中的太平洋板片發生最後的脫水, 形成的流-熔體從第三紀開始從熱的下地幔上湧到華北克拉通西部的銀川-河套地塹和山西地塹以及北邊俄羅斯的貝加爾盆地下面的軟流圈的頂部,流-熔體上湧和巖石圈減薄的地方正好也是華北地塊在印度-歐亞大陸碰撞-收斂時在向東逃逸的過程中形成的拉分區域。所以,華北克拉通西部第三紀以來巖石圈減薄和盆地形成是太平洋板塊向西俯衝和印度-歐亞大陸碰撞-收斂二者同時作用的綜合結果。
總之,太平洋板塊的俯衝自180百萬年以來一直影響著中國東部,這裡的巖漿活動、火山噴發(如東北的五大連池火山、河北張北地區的火山)、地震活動、裂谷形成、巖石圈減薄無不與此有關。2011年3月11日發生的8.9級地震不過是太平洋板塊向歐亞大陸之下億萬年的俯衝又邁出了一小步。沒有地震,哪有日本列島?無數次地震一步一步地把上千公裡長的太平洋板塊逐漸推進俯衝帶內。俯衝板塊的先頭部隊早已穿過上下地幔邊界(660千米)並深達核幔邊界(2900千米深)。俯衝板塊的先頭部隊早已穿過上下地幔邊界(660千米)並深達核幔邊界(2900千米深)。