陳立軍

本文的英文版于2019年發(fā)表在

Journal of Geoscience and Environment Protection > Vol.7 No.11, November 2019

Seismic Activity and Seismic Cone Tectonics on the West Coast of the United States

Lijun Chen

DOI: 10.4236/gep.2019.711007            159 Downloads   449 Views

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這里是與之一一對(duì)應(yīng)的中文版，發(fā)表在《湖南地震》2020年,，總第40期,，p.3-18.

摘要：美國(guó)西海岸殼內(nèi)強(qiáng)震頻發(fā)、火山活動(dòng),，地震目錄精度較高,，是研究殼內(nèi)強(qiáng)震與火山預(yù)測(cè)的最佳選項(xiàng)，而且這里存在火山型與殼內(nèi)強(qiáng)震型兩種不同性質(zhì)的地震柱構(gòu)造,，成為全球地震預(yù)測(cè)研究的縮影,，更加難得。本文根據(jù)美國(guó)ANSS地震目錄資料,，采用地震地?zé)嵴f(shuō)的原理和方法,，對(duì)美國(guó)西海岸地區(qū)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，做出了研究區(qū)的總體地震,、殼下地震,、殼內(nèi)強(qiáng)震和火山活動(dòng)的平面分布圖像、三維立體圖像,、殼下地震時(shí)序圖,，以及它們與圣安德列斯斷層關(guān)系的理論解釋。按照這個(gè)思路,，首先研究了U01地震子柱構(gòu)造的火山成因及其前兆信息,，然后研究了U02地震子柱構(gòu)造的殼內(nèi)強(qiáng)震活動(dòng)成因及其遷移規(guī)律，并就2019年7月6日M7.1地震的前兆信息進(jìn)行分析和總結(jié),，給出了未來(lái)處置類似事件的基本方法,。地震子柱構(gòu)造作為地震柱構(gòu)造的最小地質(zhì)構(gòu)造單元，其殼下地震活動(dòng)為其柱體構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的表征,，足以獨(dú)立控制其影響區(qū)內(nèi)的火山活動(dòng)與殼內(nèi)強(qiáng)震活動(dòng)的相互關(guān)系，以及殼內(nèi)強(qiáng)震沿?cái)嗔训幕顒?dòng)規(guī)律，在全球研究中具有廣泛的意義,。本文的研究,，區(qū)別于板塊構(gòu)造的碰撞與俯沖之說(shuō)，也區(qū)別于地震的斷層成因之說(shuō),，認(rèn)為殼內(nèi)強(qiáng)震與火山的災(zāi)變能量來(lái)自地幔深部的熱能,，而非地表構(gòu)造獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的結(jié)果，從而為地震與火山活動(dòng)成因找到了最為本質(zhì)的能源,，為地震與火山的預(yù)測(cè)研究開(kāi)辟了新的方向,。

關(guān)鍵詞：地震地?zé)嵴f(shuō)，地震子柱,，殼下地震,，殼內(nèi)強(qiáng)震，火山

1 引言

美國(guó)西海岸研究區(qū)位于20°-52°N,，132°W-90°W,，涉及加拿大和墨西哥與美國(guó)的接壤地區(qū)，位于全球第24號(hào)北美洲地震柱的南部（圖1）,。2019年7月6日03:19:52 (UTC)在美國(guó)加州的塞爾斯山谷（Searles Valley）以西18km處（35.770°N,，117.599°W）發(fā)生M 7.1地震，震源深度8 km,。在此前34小時(shí),，其北西方向11km處還曾發(fā)生過(guò)M 6.4地震。作者以為,，如果只在周邊50km范圍內(nèi),、以斷層的走滑性質(zhì)來(lái)討論該地震的成因具有很大的局限性[1]，應(yīng)該依據(jù)地震地?zé)嵴f(shuō)的原理[2-5]及其工作方法[6-15],，研究美國(guó)西海岸的地震柱構(gòu)造與圣安德列斯斷層的關(guān)系,，方能為未來(lái)殼內(nèi)強(qiáng)震的預(yù)測(cè)研究開(kāi)辟新的方向[16]。

作者依據(jù)高精度地震目錄的震源深度資料,，發(fā)現(xiàn)了地震柱構(gòu)造,，劃分了24個(gè)倒立的直下型圓錐體，最大深度200-650km,，作為地震地?zé)嵴f(shuō)的物質(zhì)基礎(chǔ)和能源平臺(tái),，借以研究地震和火山與地震柱構(gòu)造的關(guān)系。研究發(fā)現(xiàn),，全球95%以上的殼內(nèi)強(qiáng)震與全部地震柱型火山噴發(fā),，都發(fā)生在24個(gè)地震柱構(gòu)造之內(nèi)，都是源于地球深部的熱能沿著地震柱構(gòu)造自下而上逐層積累,、逐層驅(qū)動(dòng),，以致最后推動(dòng)地表構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的結(jié)果,。當(dāng)然，地震柱構(gòu)造的運(yùn)動(dòng)是極其復(fù)雜的,，包括殼下地震活動(dòng),、熱的傳導(dǎo)與對(duì)流，還明顯受到地球自轉(zhuǎn),、星際關(guān)系等因素（地幔年代際振蕩）的影響,。但是，地震柱構(gòu)造的運(yùn)動(dòng)與繼承性的地表構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的性質(zhì)截然不同,。前者處于封閉狀態(tài),，能量無(wú)法耗散，最后只能推動(dòng)地表構(gòu)造運(yùn)動(dòng),，造成災(zāi)變,，而后者則處于半無(wú)限空間，隨時(shí)可以蠕變,、大陸漂移,，或者小地震、泥火山等方式釋放能量,，不會(huì)造成災(zāi)變,。至于殼內(nèi)強(qiáng)震與火山的關(guān)系，人們通常視為兩個(gè)不同的學(xué)術(shù)領(lǐng)域,，但地震地?zé)嵴f(shuō)認(rèn)為它們只是地震柱構(gòu)造釋放柱體能量的兩種不同方式,。

因此，近地表的地質(zhì)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)應(yīng)該分為兩類,。一類是受地球自轉(zhuǎn),、星際關(guān)系等因素直接影響而造成的固有的、繼承性的構(gòu)造運(yùn)動(dòng),，表現(xiàn)為漸變,。一類是同樣受地球自轉(zhuǎn)、星際關(guān)系等因素影響（地幔年代際振蕩）致使地震柱構(gòu)造能量積累而對(duì)近地表構(gòu)造造成的強(qiáng)迫運(yùn)動(dòng),，表現(xiàn)為災(zāi)變,。兩類構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的疊加，便構(gòu)成了地球表面由24個(gè)地震柱構(gòu)造所組成的M型熱機(jī)帶構(gòu)造系統(tǒng)[3],。本文采用地震地?zé)嵴f(shuō)的原理和方法,，可以發(fā)現(xiàn)很多有趣的現(xiàn)象，打破了人們的常規(guī)觀念,，比如火山的熔巖囊,、圣安德列斯斷裂的成因與構(gòu)造作用,、殼內(nèi)強(qiáng)震的遷移現(xiàn)象,、殼內(nèi)強(qiáng)震與火山的關(guān)系、地幔年代際振蕩,、殼下地震深度時(shí)序圖的強(qiáng)大預(yù)測(cè)功能,、大陸漂移的實(shí)質(zhì),，等等,。

  FIG. 1 Geographical location of the west coast study area

圖1 美國(guó)西海岸研究區(qū)的地理位置圖

2 資料整理及分析處理方法

2.1 資料分析處理方法

地震地?zé)嵴f(shuō)的分析方法,，首先按照地震柱構(gòu)造定義選取研究區(qū)的地震目錄，然后采用地震與火山活動(dòng)的平面分布,、三維立體分布和震源深度時(shí)序分布，分別研究地震柱構(gòu)造的總體活動(dòng)特征以及區(qū)內(nèi)可分離的地震子柱構(gòu)造的活動(dòng)特征,，總結(jié)以往事件的前兆信息并為后續(xù)事件的預(yù)測(cè)提供工作方法與經(jīng)驗(yàn),。在原始數(shù)據(jù)同等精度的前提下，本方法的工作結(jié)果是唯一的,，可重復(fù)的,。

2.2 地震目錄的選取

地震地?zé)嵴f(shuō)的研究原理與方法，完全依賴于具有高精度震源深度資料的地震目錄,。為此,，本文采用ANSS復(fù)合地震目錄（comcat）。該目錄來(lái)自北加利福利亞地震數(shù)據(jù)中心（Northern California Earthquake Data Center）,，時(shí)段1965-2019.7,，包括研究區(qū)內(nèi)M2.0+地震記錄320,605條,。網(wǎng)址為：

https://earthquake./earthquakes/search/（2014年之前）和

https://earthquake./earthquakes/search/#site-sectionnav（2014年及以后）。

2.3 關(guān)于震源深度

關(guān)于地震震源深度的精度,，可以從ANSS地震目錄獲得[17],。ANSS目錄包含全美M 1.0+地震。據(jù)初步統(tǒng)計(jì),，深度在50km以內(nèi)的,，絕大多數(shù)地震的深度測(cè)定誤差均在1公里以內(nèi)的量級(jí)；深度在50km以上的,，絕大多數(shù)地震的深度測(cè)定誤差均在1-2公里的量級(jí),，少數(shù)誤差可達(dá)10+ km，總體上可容忍,。我們所需要得到的并非是震源的絕對(duì)深度,，而是要從理論和方法上將0-600km深度的地震活動(dòng)合理地離散開(kāi)來(lái)，即相對(duì)震源深度,。

2.4 地震目錄的適用性分析

依據(jù)ANSS地震目錄所采集的研究區(qū)地震集分檔統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表1,。表1包含研究區(qū)地震總體和2個(gè)殼下地震活動(dòng)密集區(qū)。由表1可見(jiàn)：

（1）美國(guó)西海岸研究區(qū)總體地震的最大深度可達(dá)650km,，地震集合似乎可以組成多個(gè)直下型的倒立的圓錐體,，滿足地震柱構(gòu)造概念的要求,。

（2）研究區(qū)內(nèi)的兩個(gè)殼下地震活動(dòng)地表投影的密集區(qū)，一個(gè)最大震源深度102km,，同時(shí)擁有殼內(nèi)強(qiáng)震和活火山[18],，一個(gè)最大震源深度650km，殼內(nèi)強(qiáng)震頻發(fā),。兩個(gè)地震集合均可組成直下型的倒立的圓錐體,，均滿足地震子柱構(gòu)造概念的要求。

（3）鑒于目前地震目錄的科技水平,，地震地?zé)嵴f(shuō)當(dāng)前最為關(guān)注的是未來(lái)殼內(nèi)強(qiáng)震活動(dòng)的時(shí)間和地點(diǎn),，暫不考慮能量關(guān)系，因此不對(duì)相關(guān)地震集的震級(jí)-頻度關(guān)系做過(guò)分要求,。

Table 1 Seismic statistics of the study area collected according to the ANSS seismic catalogue

表1 依據(jù)ANSS地震目錄所采集的研究區(qū)地震統(tǒng)計(jì)表

3 美國(guó)西海岸地震與火山活動(dòng)的一般性描述

3.1 美國(guó)西海岸地震與火山活動(dòng)的平面分布

3.1.1 地表平面分布圖像

依據(jù)ANSS地震目錄所產(chǎn)生的研究區(qū)地震與火山平面分布如圖2所示,。圖內(nèi)包括總體地震、殼下地震和殼內(nèi)強(qiáng)震,，還包括一座活火山,，圣海倫斯火山（ST. HELENS Volcano）。殼下地震指震源深度在全球平均地殼厚度35km以上的地震,，殼內(nèi)強(qiáng)震指6.8級(jí)以上的殼內(nèi)陸震,。

圖中依據(jù)相關(guān)資料編繪了圣安德列斯斷層示意圖[19,20]。圣安德列斯斷層屬于右旋走滑型斷裂,，呈北西-南東向延伸至少1287km,，區(qū)內(nèi)大多數(shù)殼內(nèi)強(qiáng)震均發(fā)生在該斷裂帶或其伴生斷裂上（表2，圖2）,。

圣海倫斯火山位于西雅圖之南154km,，坐標(biāo)46.20°N，122.18°W,，海拔2549m,，1980年和2004年先后噴發(fā)過(guò)，歷史上最大噴發(fā)指數(shù)VEI=6,。按照作者的分類方法,，該火山屬于地震柱型火山噴發(fā)[9,21,22]，最高噴發(fā)煙柱可達(dá)10,000m以上,。

  Figure 2 Distribution of earthquakes and volcano in the study area on the west coast of the United States (1965-2019.7, M≥2.0; Volcano data by Smithsonian Institution [18])

圖2 美國(guó)西海岸研究區(qū)的地震與火山分布（1965-2019.7,，M≥2.0；火山資料據(jù)Smithsonian Institution^[18]）

Table 2 Strong earthquakes in the west coast region of the United States collected according to the ANSS seismic catalogue (1965-2019, M≥6.8)

表2 依據(jù)ANSS地震目錄所采集的美國(guó)西海岸地區(qū)強(qiáng)震目錄（1965-2019,，M≥6.8）

Note: Decimal time in the table includes year, month, day, hour, minute and second, accurate to minutes (±87 ").

3.1.2 地表平面分布特征

由圖2可見(jiàn),，研究區(qū)內(nèi)的最大特征是殼下地震投影到地表表現(xiàn)為兩大密集區(qū)，即U01和U02等2個(gè)單元,。兩個(gè)單元的殼內(nèi)陸震活動(dòng)范圍明顯大于殼下地震的活動(dòng)范圍,，相當(dāng)于地震柱構(gòu)造的樹(shù)冠部分,。殼下地震密集區(qū)被殼內(nèi)陸震密集區(qū)所包圍，表現(xiàn)為殼下地震活動(dòng)呈直下型豎立狀態(tài),，沒(méi)有明顯的傾斜,，相當(dāng)于地震柱構(gòu)造的樹(shù)干部分，類似于倒立的圓錐體,。

地表構(gòu)造,，比如圣安德列斯斷層，可以影響殼內(nèi)陸震的活動(dòng),，但不能影響殼下地震的活動(dòng),，恰恰相反，殼下地震活動(dòng)會(huì)影響到該斷裂帶的殼內(nèi)強(qiáng)震活動(dòng),。

至于圣安德列斯斷層的右旋走滑性質(zhì)，似乎能從文獻(xiàn)[15]得到解釋,。文獻(xiàn)[15]依據(jù)全球GPS年度觀測(cè)結(jié)果指出：“當(dāng)今全球地表的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)為: 東半球整體呈順時(shí)針旋轉(zhuǎn),，西半球整體呈逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，優(yōu)勢(shì)速率2-7cm/a,，共同分裂大西洋,，壓迫太平洋。這是一種典型的大陸漂移現(xiàn)象,?！币虼耍瑬|半球的北西走向斷層,，比如鮮水河斷層,，多呈左旋走滑性質(zhì)[20]，而西半球的北西走向斷層則多呈右旋走滑性質(zhì),。

由是觀之,，圣安德列斯斷層只不過(guò)是U02地震子柱構(gòu)造頂部的一條既有的裂縫而已。因此,，它不能構(gòu)成殼內(nèi)強(qiáng)震活動(dòng)的成因,，而只是U02地震子柱構(gòu)造釋放柱體能量的工具（詳后）。

3.2 美國(guó)西海岸地震與火山活動(dòng)的三維立體圖像

依據(jù)ANSS地震目錄的美國(guó)西海岸地震與火山活動(dòng)的三維立體圖像如圖3所示,。由圖可見(jiàn),，殼下地震為直下型，深部地震均各有歸屬,，最深達(dá)650km,，總體表現(xiàn)為一個(gè)倒立的圓錐體。如果從太平洋向北美大陸過(guò)地震密集區(qū)做一個(gè)本尼奧夫剖面,，好像是由大洋傾向大陸的,，但只是一種假象,，就因?yàn)樗且粋€(gè)豎直倒立的圓錐體。

當(dāng)初對(duì)全球24個(gè)地震柱構(gòu)造命名時(shí),，依據(jù)ANSS目錄M4.0+ 地震的震源深度,，北美洲的最大深度只有96km，最淺,，因此被命名為24號(hào)北美洲地震柱,。然而，實(shí)際最大深度可達(dá)650km,。

Figure 3. Three-dimensional image of seismicity and volcanic activity on the west coast of the United States (1965-2019.7, intracrustal earthquake M≥3.0, subcrustal earthquake M≥2.0)

圖3 美國(guó)西海岸地震與火山活動(dòng)的三維立體圖像（1965-2019.7,，殼內(nèi)陸震M≥3.0，殼下地震M≥2.0）

4 研究區(qū)內(nèi)的地震子柱構(gòu)造

地震子柱構(gòu)造作為地震柱構(gòu)造的最小地質(zhì)構(gòu)造單元,，其殼下地震活動(dòng)足以獨(dú)立控制其影響區(qū)內(nèi)的火山活動(dòng)與殼內(nèi)強(qiáng)震活動(dòng)的相互關(guān)系,，以及殼內(nèi)強(qiáng)震沿?cái)嗔训幕顒?dòng)規(guī)律。研究區(qū)內(nèi)可劃分出兩個(gè)性質(zhì)不同的地震子柱構(gòu)造,，一個(gè)屬于火山型,，一個(gè)屬于殼內(nèi)強(qiáng)震型，在全球研究中都具有典型意義,。當(dāng)然,，在一定的條件下，這兩種程式是可以互相轉(zhuǎn)化的,，因而本質(zhì)上是一體的,。

研究區(qū)兩個(gè)地震子柱構(gòu)造的地震集統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表1。

4.1.1 U01地震子柱構(gòu)造的三維立體圖像

U01地震子柱構(gòu)造的地理坐標(biāo)為133°W-112°W, 43°-52°N,，美加交界部位,，其三維立體圖像如圖4所示。

由圖可見(jiàn),，該地震子柱構(gòu)造的主體位于圣海倫斯火山之下,。因?yàn)榛罨鹕揭话愣继幵诘卣鹬鶚?gòu)造的出地點(diǎn)附近，該地震子柱構(gòu)造主要控制著火山的活動(dòng)規(guī)律,，而殼內(nèi)強(qiáng)震活動(dòng)只是伴生的活動(dòng),。伴生的殼內(nèi)強(qiáng)震活動(dòng)多半是為了平衡柱體內(nèi)的能量水平。殼內(nèi)強(qiáng)震活動(dòng)和火山活動(dòng)是地震柱構(gòu)造釋放能量的兩種不同形式,，是一對(duì)孿生兄弟,，一者釋放機(jī)械能，一者直接釋放熱能,。

FIG. 4 Primary model of U01 Mini Seismic Cone Tectonic (1965-2019.7, intracrustal earthquake M≥3.0, subcrustal earthquake M≥2.0)

圖4 U01地震子柱構(gòu)造的初級(jí)模型（1965-2019.7,，殼內(nèi)陸震M≥3.0，殼下地震M≥2.0）

4.1.2 U01地震子柱構(gòu)造的震源深度時(shí)序圖

U01地震子柱構(gòu)造的震源深度時(shí)序圖如圖5所示。

由圖可見(jiàn),，時(shí)序圖對(duì)于本區(qū)的殼內(nèi)強(qiáng)震和火山活動(dòng)均有一定的趨勢(shì)顯示,，圖中以趨勢(shì)斜線作為標(biāo)志。隨著資料時(shí)限的增長(zhǎng),，其關(guān)系會(huì)越加清晰,。

圖中的另一特征是M2.0+ 的殼下地震活動(dòng)呈團(tuán)簇展開(kāi)。第一團(tuán)簇始于1970年,，止于1994年,，隨后幾年出現(xiàn)2001年的殼下強(qiáng)震和2004年的火山噴發(fā)。第二團(tuán)簇始于1998年,，迄今已達(dá)20年有余,，2018年的6.8級(jí)地震后該團(tuán)簇的殼下地震活動(dòng)勢(shì)頭不減，顯然不能完全釋放柱體能量,，因此值得密切關(guān)注,。

第三個(gè)特征是本區(qū)的殼內(nèi)強(qiáng)震活動(dòng)強(qiáng)度不大，而火山活動(dòng)十分激烈,，可見(jiàn)這個(gè)地震子柱構(gòu)造是以火山活動(dòng)為主,，殼內(nèi)強(qiáng)震次之。因此,，該地震子柱構(gòu)造至少當(dāng)前是屬于火山噴發(fā)型地震柱構(gòu)造。

Fig.5 Focal depth sequence diagram of U01 Mini Seismic Cone Tectonic (1965-2019.7, intracrustal earthquake M≥3.0, subcrustal earthquake M≥2.0)

圖5 U01地震子柱構(gòu)造的震源深度時(shí)序圖（1965-2019.7,，殼內(nèi)陸震M≥3.0,，殼下地震M≥2.0）

4.1.3 圣海倫斯火山的成因初探

按照圣海倫斯火山的坐標(biāo)（46.20°N，122.18°W）沿經(jīng)線和緯線兩側(cè)各加寬0.3°作本尼奧夫剖面,，結(jié)果如圖6所示,。

由圖可見(jiàn)，該火山深部存在一個(gè)倒立的圓錐體,，東西走向的剖面近于直立,，南北走向的剖面在40km深度以內(nèi)為直立，往下略向北傾斜,。向北傾斜可能與西半球的逆時(shí)針旋扭運(yùn)動(dòng)不無(wú)關(guān)系,。或者說(shuō),，在西半球整體逆時(shí)針旋扭的情況下,，上部近40km厚的地層可以整體旋扭，而其下部則出現(xiàn)拖拽效應(yīng),。

研究發(fā)現(xiàn),，該火山的深部似乎存在一個(gè)熔巖囊。熔巖囊的大小至少為1.2°（經(jīng)度）×0.6°（緯度）×（20-40km高度）km³。熔巖囊內(nèi)缺失殼下地震活動(dòng),?；罨鹕絿姲l(fā)一般發(fā)生在靠近地震柱構(gòu)造地表影響區(qū)的中心部位，即地震柱構(gòu)造的出地點(diǎn),，因此有可能通過(guò)殼下地震的本尼奧夫剖面找到其儲(chǔ)能的熔巖囊,，厄瓜多爾的火山和意大利埃特納火山也曾發(fā)現(xiàn)過(guò)疑似的熔巖囊[7,14]。

1980年和2004年火山噴發(fā)之前,，都在50km深度以下出現(xiàn)過(guò)近于M7的強(qiáng)震,。強(qiáng)震位于疑似的熔巖囊囊體附近，可能正是導(dǎo)致火山噴發(fā)的直接原因,。強(qiáng)震的能量不太可能與地表斷層活動(dòng)有關(guān),，最大可能是來(lái)自深部能量的補(bǔ)給。深部能量的補(bǔ)給可以兩種形式,，一是殼下地震活動(dòng),，二是熱的對(duì)流。前者可以監(jiān)測(cè)到,，而后者目前是無(wú)法監(jiān)測(cè)的,。

圣海倫斯火山最后的兩次噴發(fā)相隔24年，按照?qǐng)D5的時(shí)序圖推測(cè),，未來(lái)幾年似乎還有噴發(fā)的可能,，需要密切關(guān)注深部40km以下的強(qiáng)震活動(dòng)。

FIG. 6 A deep tectonic sketch of Mount St. Helens (1965-2019.7, M≥0.5)

圖6 圣海倫斯火山的深部構(gòu)造草圖（1965-2019.7,，M≥0.5）

4.2 U02地震子柱構(gòu)造

U02地震子柱構(gòu)造位于132°W-110°W,，27.5°-45°N，包括舊金山到洛杉磯的廣大地區(qū),。該地區(qū)是美國(guó)西部地震危險(xiǎn)最大的地區(qū)之一,。該地震子柱構(gòu)造的地震集見(jiàn)表1。

4.2.1 U02地震子柱構(gòu)造的三維立體圖像

U02地震子柱構(gòu)造的三維立體圖像如圖7所示,。該圖具有明顯的地震柱特征,，最大震源深度650km，呈倒立的圓錐體,，近于直立,。該構(gòu)造強(qiáng)震頻發(fā)，自1965年迄今已發(fā)生6.8級(jí)以上破壞性地震13次（表2）,。

FIG. 7 A primary model of U02 Mini Seismic Cone Tectonic (1965-2019.7, intracrustal quake M≥3.0, subcrustal quake M≥2.0, intracrustal strong quake M≥7.0)

圖7 U02地震子柱構(gòu)造的初級(jí)模型（1965-2019.7,，殼內(nèi)陸震M3.0+，殼下地震M2.0+,，殼內(nèi)強(qiáng)震M7.0+）

4.2.2 U02地震子柱構(gòu)造的震源深度時(shí)序圖

U02地震子柱構(gòu)造的震源深度時(shí)序圖如圖8所示,。由圖可見(jiàn)，殼下地震活動(dòng)的趨勢(shì)對(duì)殼內(nèi)強(qiáng)震的活動(dòng)起著明顯的控制作用。隨著地震數(shù)據(jù)的增長(zhǎng),，這種控制作用會(huì)顯得越來(lái)越明確,。

2019年7月6日的M7.1地震之前，自2000年開(kāi)始,，殼下地震活動(dòng)從深部650km開(kāi)始,，逐漸迫近地殼，最終推動(dòng)地殼內(nèi)的構(gòu)造運(yùn)動(dòng),，爆發(fā)殼內(nèi)強(qiáng)震,。這里展示出一條完整的趨勢(shì)斜線，也展現(xiàn)了M7.1地震的重要前兆信息,。趨勢(shì)斜線表明,，在地震柱構(gòu)造內(nèi)部，地震活動(dòng)是從下往上遞升的,，而不是從上往下俯沖的,。

殼下地震活動(dòng)的趨勢(shì)線，帶有10年左右的韻律,，即地幔年代際振蕩（MDO）[23,24],。年代際振蕩是地震與火山時(shí)間預(yù)測(cè)的主要依據(jù)。

作者于2012年1月5日曾在科學(xué)網(wǎng)博客發(fā)表博文“美國(guó)西海岸地震預(yù)測(cè)方法初探”,，將美國(guó)西海岸地震活動(dòng)劃分為舊金山和洛杉磯兩個(gè)研究區(qū),，得出結(jié)論分別為“舊金山區(qū)未來(lái)1～2年內(nèi)沿圣安地列斯斷裂發(fā)生7級(jí)以上地震的可能性很小”，洛杉磯區(qū)“在2010年強(qiáng)震過(guò)后,，殼下似乎仍有地震活動(dòng),，因此這個(gè)區(qū)域是值得嚴(yán)密關(guān)注的”，結(jié)果2012年4月12日加利福尼亞灣發(fā)生6.2和6.9級(jí)地震,，正是該博文所指地區(qū)[25,26]。

  Fig.8 Focal depth sequence diagram of U02 Mini Seismic Cone Tectonic (1965-2019.7, intracrustal quake M≥3.0, subcrustal quake M≥2.0)

圖8 U02地震子柱構(gòu)造的震源深度時(shí)序圖（1965-2019.7,，殼內(nèi)陸震M≥3.0,，殼下地震M≥2.0）

4.3 2019年7月6日M7.1的地震前兆

綜上所述，我們可以看到殼內(nèi)強(qiáng)震是有前兆的,，火山也是有前兆的,。圖5的資料如果更長(zhǎng)一些，U01地震子柱構(gòu)造內(nèi)的火山也許可以預(yù)測(cè),，而圖8的時(shí)序圖則表明,， U02地震子柱構(gòu)造內(nèi)至少M(fèi)7.1的殼內(nèi)強(qiáng)震也是有明顯征兆的，工作做好了,，是可以預(yù)測(cè)的,。因此，我們有必要以該地震為例，提取并總結(jié)地震前兆現(xiàn)象及其預(yù)測(cè)的可能性,。這個(gè)總結(jié),，對(duì)于U01和U02地震子柱構(gòu)造是通用的，對(duì)于全球的地震與火山預(yù)測(cè)也具有廣泛的意義,。

4.3.1 M7.1地震前19年的殼下地震活動(dòng)

M7.1地震前19年的殼下地震活動(dòng)空間分布如圖9所示,。

圖2是集54年地震資料的顯示，本區(qū)的殼下地震活動(dòng)投影到地表,，大致分為兩個(gè)條帶,，一個(gè)條帶靠近海岸線（外帶），一個(gè)條帶則偏于內(nèi)陸（內(nèi)帶）,。

圖9的殼下地震活動(dòng)集中在第二個(gè)條帶,，并且直指M7.1地震的震中。我們已知北西走向的圣安德列斯斷層呈右旋走滑性質(zhì),，那么按照力學(xué)原理,，與之斜交的北東東向加諾克斷層必然呈左旋走滑性質(zhì)。USGS的地震報(bào)告顯示該地震的機(jī)制解北西向節(jié)面為右旋走滑,，北東東向節(jié)面為左旋走滑[1],，符合本區(qū)域的繼承性構(gòu)造運(yùn)動(dòng)程式。因此可以認(rèn)為,，正是第二投影條帶內(nèi)的殼下地震活動(dòng)所積累的能量推動(dòng)了本區(qū)域的繼承性構(gòu)造運(yùn)動(dòng),。

前面說(shuō)到，圣安德列斯斷層的右旋走滑性質(zhì)與西半球的逆時(shí)針旋扭運(yùn)動(dòng)不無(wú)關(guān)系,，但GPS顯示的每年幾十毫米的大陸漂移運(yùn)動(dòng)只能是漂移,，或者蠕變，而不太可能造成災(zāi)變,。殼內(nèi)強(qiáng)震與火山噴發(fā),，唯有殼下地震短時(shí)期內(nèi)所積累的能量才有可能造成這樣的災(zāi)變后果。殼下地震所釋放的能量是無(wú)法耗散的,，只能逐層向上積累,，逐層驅(qū)動(dòng)，在累積中爆發(fā),。

FIG. 9 Subcrust seismic activity distributions in 19 years before the 2019 M7.1 earthquake (2000-2019.7, intracrustal quake M≥3.0, subcrustal quake M≥2.0)

圖9 2019年M7.1地震前19年的殼下地震活動(dòng)分布（2000-2019.7,，殼內(nèi)陸震M3.0+，殼下地震M2.0+）

4.3.2 殼下地震投影的外帶和內(nèi)帶與殼內(nèi)強(qiáng)震的關(guān)系

將殼下地震投影按照?qǐng)D8的3條短的趨勢(shì)線作地表分布圖,，分別如圖10,、圖11和圖12所示。

圖10為1976-1992年時(shí)段,，可見(jiàn)殼下地震投影的外帶和內(nèi)帶均有殼下地震活動(dòng),，于是在沙斯塔以西近海,、舊金山和洛杉磯均有 M7+ 的殼內(nèi)強(qiáng)震活動(dòng)。

圖11為1994-1999時(shí)段,，可見(jiàn)只有殼下地震投影的內(nèi)帶活動(dòng),，于是在沙斯塔以西近海和洛杉磯均有 M7+ 的殼內(nèi)強(qiáng)震活動(dòng)。

圖12為1999-2007時(shí)段,，可見(jiàn)只有殼下地震投影的內(nèi)帶活動(dòng),，于是在沙斯塔以西近海和洛杉磯以南的加利福利亞灣以及下加利福利亞半島均有 M7+ 的殼內(nèi)強(qiáng)震活動(dòng)。

由此可見(jiàn),，殼下地震投影的外帶主要控制著由沙斯塔以西近海到洛杉磯以北的圣安德列斯斷層直線段,，而殼下地震投影的內(nèi)帶則主要控制著由洛杉磯以北到加利福利亞灣的拐折段。2019年M7.1地震正是受到內(nèi)帶控制,。

Figure 10 Surface projection belt of subcrustal earthquakes and the intracrustal strong earthquakes (Ⅰ) (1976-1992, subcrustal earthquake M2.0+)

圖10 殼下地震投影帶與殼內(nèi)強(qiáng)震的關(guān)系（Ⅰ）（1976-1992,，殼下地震M2.0+）

Figure 11 Surface projection belt of subcrustal earthquakes and the intracrustal strong earthquakes (Ⅱ) (1994-1999, subcrustal earthquake M2.0+)

圖11 殼下地震投影帶與殼內(nèi)強(qiáng)震的關(guān)系（Ⅱ）（1994-1999，殼下地震M2.0+）

Figure 12. Surface projection belt of subcrustal earthquakes and the intracrustal strong earthquakes (Ⅲ) (1999-2007, subcrustal earthquake M2.0+)

圖12 殼下地震投影帶與殼內(nèi)強(qiáng)震的關(guān)系（Ⅲ）（1999-2007,，殼下地震M2.0+）

4.3.3 沿圣安德列斯斷層的殼內(nèi)強(qiáng)震遷移現(xiàn)象

自1965年至今沿圣安德列斯斷層的13次M6.8+殼內(nèi)強(qiáng)震,，排除同一地點(diǎn)的重復(fù)，共計(jì)10次遷移過(guò)程,，見(jiàn)圖13所示,。

遷移的中樞在沙斯塔山以西的近海區(qū)。因?yàn)檫@里是圣安德列斯斷層北端的端部,，繼承性構(gòu)造運(yùn)動(dòng)需要繼續(xù)向兩端延伸,，同時(shí)需要克服中間段的閉鎖。

因此,，這13次 M6.8+ 的破壞性地震均分布在圣安德列斯斷層一線,，兩端或中間跳來(lái)跳去。這是因?yàn)?，地震柱?gòu)造內(nèi)所積累的能量,，只有通過(guò)地表的最薄弱部位釋放。圣安德列斯斷層規(guī)模大,，而且在西半球逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)的運(yùn)動(dòng)過(guò)程中容易積累一定的應(yīng)變能,，造成某些部位閉鎖，二者合拍,，一觸即發(fā),。

殼內(nèi)強(qiáng)震的遷移,，有明顯的規(guī)律性,。遷移以北端的樞紐為大本營(yíng)，向斷層中段或者南段跳轉(zhuǎn),，然后回到大本營(yíng),。周而復(fù)始,，永不停息。

第9次從南段的下加利福利亞半島跳回大本營(yíng)后,，第10次遷移只有兩個(gè)可能,，一是原地重復(fù)，二是向中段或南段遷移,。由歷史的經(jīng)驗(yàn)看,，往中段遷移的可能性最大。

由此推測(cè),，未來(lái)的第11次遷移,，如果沒(méi)有出現(xiàn)原地重復(fù)，則回到大本營(yíng)的可能性較大,。

Figure 13. Migration map of intracrustal strong earthquakes along the San Andreas Fault (1965-2019.7, subcrustal earthquake M≥2.0)

圖13 圣安德列斯斷層殼內(nèi)強(qiáng)震的遷移圖（1965-2019.7,，殼下地震M≥2.0）

4.3.4 2019年M7.1地震前兆信息總結(jié)

2019年7月6日M7.1地震的前兆信息處理方法總結(jié)如下：

1）地震子柱構(gòu)造內(nèi)的殼下地震活動(dòng)時(shí)序圖，要有如圖8所示的趨勢(shì)線,，大致判斷未來(lái)強(qiáng)震或火山的活動(dòng)時(shí)域,；

2）殼下地震活動(dòng)的地表投影需要按照?qǐng)D9-圖12分辨處于外帶還是內(nèi)帶，大致判斷未來(lái)強(qiáng)震活動(dòng)地域,；

3）殼下地震活動(dòng)的地表投影需要按照?qǐng)D13判斷遷移的可能性與遷移方向,，大致判斷未來(lái)強(qiáng)震活動(dòng)地點(diǎn)；

以2,、3兩條方法大致判斷未來(lái)強(qiáng)震活動(dòng)地域而未來(lái)火山預(yù)測(cè)一般不必考慮地點(diǎn)問(wèn)題,；

以上為中長(zhǎng)期預(yù)測(cè)；

4）地震預(yù)測(cè)的短臨階段,，則應(yīng)依據(jù)本地大量的地震前兆觀測(cè)資料以及宏觀異?，F(xiàn)象來(lái)判斷未來(lái)強(qiáng)震活動(dòng)的時(shí)間和地點(diǎn)。

按照以上工作方法,，2019年M7.1地震至少可以預(yù)測(cè)到大致時(shí)間,、大致地點(diǎn)和大致強(qiáng)度（M7±）。誠(chéng)然,，本文工作方法適用于全球任何一個(gè)地震柱構(gòu)造,，但尚需多次經(jīng)驗(yàn)的驗(yàn)證。

5 結(jié)論

本文根據(jù)ANSS地震目錄資料,，采用地震地?zé)嵴f(shuō)的原理和方法,，對(duì)24號(hào)北美洲地震柱的美國(guó)西海岸地區(qū)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，做出了研究區(qū)的總體地震,、殼下地震,、殼內(nèi)強(qiáng)震和火山活動(dòng)的平面分布圖像、三維立體圖像,、殼下地震時(shí)序圖,，以及它們與圣安德列斯斷層關(guān)系的理論解釋,，對(duì)研究區(qū)內(nèi)2個(gè)主要地震子柱構(gòu)造逐項(xiàng)分析，就U01地震子柱構(gòu)造的火山成因及其前兆信息和U02地震子柱構(gòu)造的殼內(nèi)強(qiáng)震活動(dòng)成因與遷移規(guī)律探討,，并就2019年7月6日M7.1地震的前兆信息進(jìn)行分析和總結(jié),，給出了對(duì)于未來(lái)類似事件處置的基本方法。本文工作方法適用于全球任何一個(gè)地震柱構(gòu)造,，但尚需諸多經(jīng)驗(yàn)的驗(yàn)證,。

本文研究方法雖有一定優(yōu)勢(shì)，在意大利,、愛(ài)琴海和太平洋西北沿岸的研究也取得很好的結(jié)果,，但也受到資源限制。目前從公網(wǎng)上只能獲得美國(guó),、地中海部分地區(qū)和日本部分時(shí)段的高精度的本地地震目錄,，其他地區(qū)只能利用M4+的ANSS地震目錄，研究受限,。地震地?zé)嵴f(shuō)在理論上的缺陷在于對(duì)殼下地震和深源地震地震機(jī)制的理解,，將殼內(nèi)陸震的彈性力學(xué)模型引入地球深部顯然不合理，“空化與空泡動(dòng)力學(xué)”或有助于此,，但作者無(wú)能為力,。因此，地震地?zé)嵴f(shuō)之路漫漫,，仍需努力進(jìn)取,。

致謝

本文感謝美國(guó)北加利福利亞地震數(shù)據(jù)中心（Northern California Earthquake Data Center）、Smithson Institution以及全國(guó)圖書館參考咨詢聯(lián)盟（http://jour.ucdrs./）提供的數(shù)據(jù)與資料支撐,。

2019.7.15 初稿

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