地质力学学报  2011, Vol. 17 Issue (1): 64-73
引用本文
徐道一, 孙文鹏. 歹字型构造体系在地震预测中的应用[J]. 地质力学学报, 2011, 17(1): 64-73.
XU Dao-yi, SUN Wen-peng. APPLICATION OF THE ETA-TYPE TECTONIC SERIES SUGGESTED BY LI SI-GUANG TO EARTHQUAKE PREDICTION[J]. Journal of Geomechanics, 2011, 17(1): 64-73.
歹字型构造体系在地震预测中的应用
徐道一1 , 孙文鹏2     
1. 中国地震局地质研究所,北京 100029;
2. 核工业北京地质研究院,北京 100029
摘要:青藏滇缅印尼歹字型构造体系和北美洲西海岸歹字型构造体系是李四光在70多年前提出的两个巨型歹字型构造体系。近年来,歹字型构造体系被应用于地震预测。应用青藏滇缅印尼歹字型构造体系预测2008年汶川8.3级巨震,应用北美洲西海岸歹字型构造体系预测2010年4月5日墨西哥7.5级大地震,均获成功。进一步研究表明,位于同一歹字型构造体系的2个或3个特大巨震的时间间隔为53 ~ 54 a,相当于三个沙罗周期的长度,歹字型构造体系的近代活动基本上是与天文因素有关的,这一联系可被应用于地震预测。
关键词歹字型构造体系    地震预测    中国大陆    北美西部    沙罗周期    
文章编号:1006-6616(2011)01-0064-10
APPLICATION OF THE ETA-TYPE TECTONIC SERIES SUGGESTED BY LI SI-GUANG TO EARTHQUAKE PREDICTION
XU Dao-yi1 , SUN Wen-peng2     
1. Institute of Geology, China Earthquake Administration, Beijing 100029, China;
2. CNNC Beijing Research Institute of Uranium Geology, Beijing 100029, China
Abstract: The eta-type tectonic system was suggested by academician Li Si-guan more than 70 years ago, and two great eta-type tectonic systems have been described by him: one is located in Qinhai-Xizang (Tibet) -Yunan-Burma-Indonesia (QXYBI), and the another is Western part of North America (WNA). Recently they have been applied to the earthquake prediction successfully. In this paper a brief introduction is concerned to the prediction of MS 8.3 Wenchuan Earthquake occurred on May 12th, 2008 by Huang Xiang-ning based on the QXYBI eta-type tectonic system, and also to the prediction of MS7.5 Mexico earthquake occurred on April 5th, 2010 by author according to the WNA eta-type tectonic system. The time intervals (about 53 ~ 54 years) among super-great earthquakes occurred in the same eta-type tectonic system demonstrate clear orderliness related to 3 times of astronomical Saros Period. Thus, it is clear that the modern seismic activity of eta-type tectonic systems is stimulated by the astronomical factors, and this character is favorable for the prediction of great earthquake in future.
Key words: eta-type tectonic system    earthquake prediction    China mainland    western part of the North America    Saros period    

李四光教授在20世纪20年代对全球构造作为一个大系统进行了整体研究,提出了大陆车阀说,并从地质学角度创立了构造体系的概念,他的《地质力学概论》[1]就是一部有关全球构造系统论的专著,专著中所论述的内容相当于目前流行的地球系统科学研究的部分内容。他还提出了歹字型构造体系的新概念。后来我国不少学者对歹字型构造体系进行了研究和发展[2 ~ 4]。从20世纪60年代中叶开始,他把确定中长期地震危险性预测区带作为地震地质的重要任务之一[5],对中国的地震预报、预测事业做出了重要贡献,是中国当代地震预报、预测事业的奠基人。本文对李四光教授的歹字型构造体系作简要介绍,重点论述其在大地震预测中的重要作用和意义。

1 歹字型构造体系简介

歹字型构造体系一般是巨型旋扭构造体系,它所在地区的构造活动强烈,也是地震、火山等强烈活动地区。它的总体轮廓与反S型相似,但它们的组合特征和力学成因不同。已知这类构造体系的规模一般较大,具有明显的定向性,由北往南大致可分为头部、中部、尾部三个部分。头部一般显示强烈的旋扭作用,发育密集的、曲度较大的半环状弧形褶皱、横冲断层和逆断层,这些构造往往环绕着由水平扭动而隆起或沉降的地块; 中部大致呈南北走向,延伸距离很长,由若干平行强烈褶皱和巨型横冲及逆掩断层组成; 尾部是由逐渐向与头部相反方向弯转的弧形构造带组成。头部、中部、尾部三段是互相连续的,它们之间没有一个明显的界限。

从歹字型构造的一系列特征看,它的形成除存在必要的地块作为砥柱外,旋扭可能和全球性的纬向和经向力联合作用有关。

李四光主要论述了两个巨型歹字型构造体系———青藏滇缅印尼歹字型构造体系和北美洲西海岸歹字型构造体系[6] (见图 1)。1929年他在英国《地质杂志》发表论文中提出歹字型构造这一术语,并提及“西藏地块的东南,……萨尔温江、湄公河和长江上游的高山,全都弯向西藏高原形成一个凸向东北的弧系”[7]。后来在1945年、1954年的论文中又有进一步论述。目前在地震预测中应用的主要也是这两个歹字型构造体系。

图 1 全球主要歹字型构造体系(与它们复合的其他构造体系成分均未列入图中)[6] Figure 1 The main eta-type tectonic systems all over the world[6]
2 青藏滇缅印尼歹字型构造体系与地震预测

青藏滇缅印尼歹字型构造体系位于我国西南和东南亚一带。头部的主要组成部分分布在昆仑山以南,包括可可西里、巴颜喀拉、唐古拉、念青唐古拉、冈底斯山脉东段、伯舒拉岭、帕特凯等山脉,这一头部影响青海、西藏东部、川藏间“横断山脉”地区、云南西北部以及缅甸北部和印度接壤地带。

李四光在论述青藏滇缅印尼歹字型构造体系时特别强调“歹字型构造体系具有显著的近代活动性。在我国境内的活动性断裂带导致了川西、滇西一带的强震发生,它们具有强度大、频度高等特点。1970年1月5日云南通海强震就是属于这一巨大歹字型构造成分的曲江断裂继承活动的结果。……1883年8月27日早晨,爪哇与苏门答腊之间的克拉卡岛,接连四次爆发了惊天动地的爆炸,……现在只遗下一个4 ~ 4.5 km宽的环形火山口,被海水淹没。”

① 摘自1974年7月翻印的《地质力学概论(修改稿)》第113页,在1973版中未提及。

2.1 对2008年5月12日汶川8.3级巨震的预测及检验

在2008年5月12日汶川巨震以前,有多种方法和理论对该巨震有过较好的中短期预测,其中突出的有黄相宁根据歹字型构造体系理论提出的中短期预测意见。在2005 —2007年,他多次提出藏、滇、川交界处很可能发生8.3级地震。2005年11月15日,黄相宁向中国地震预测咨询委员会提交《2006年震情形势分析》一文,文中提出: “最近1 ~ 2年我国及周围地区强震活动,要特别关注青藏滇缅印尼歹字型构造的活动,这里有两个强震危险区: ①藏、滇、川交界很可能发生8.3级巨震,它处于巨型歹字型头部。…… ” 2007年3月19日,他在《2007年天灾预测研究》一文中预测: “2007年5月至2008年4月,……西藏雅鲁藏布江大拐弯—四川雅江—云南剑川—印度东北端很可能发生8.3级地震”。他把预测发震地区具体为图 2中所画出的区域。而汶川巨震震中位置是:北纬30.97 °,东经103.57 °,位于图中标出的8.3级强地震危险区的东北角附近。

② 黄相宁. 2006年震情形势分析.见:中国地震预测咨询委员会.地震预测咨询通讯. 2006,(1) : 19.

③ 黄相宁,等. 2007年天灾预测研究.见:中国地震预测咨询委员会.地震预测咨询通讯. 2007,(2) : 61 ~ 63.

图 2 2007年中国地震、水、旱灾害预测图 Figure 2 Map showing locations of possible earthquakes, floods and droughts in China in 2007

① 黄相宁.天灾年度预测报告简表及附图.见: 2007年天灾预测意见汇编.中国地球物理学会天灾预测专业委员会,2007: 42 ~ 43.

黄相宁不仅在预测汶川巨震的发震区域方面相当准确,对震级的预测亦是很准的。依据全国台网的资料,陈培善把汶川巨震的震级修订为MS 8.3级[8]。2008年汶川巨震的发生证明黄相宁的预测意见和所依据的歹字型构造体系理论是正确的。

黄相宁在回顾和总结他对汶川8级地震的预测时写道: “2004年12月26日印尼发生9级地震,使我联想到2001年11月14日昆仑8.1级地震,发现它们同处于青藏滇缅印尼歹字型上,活动性构造体系的运动是整体的运动,它的冠部发生8.1级,尾部发生9级后,那么它的头部到中部的拐弯连接处———藏、川、滇交界处就是这个构造体系中发生≥8级地震的很可能场所。”

④ 黄相宁.汶川地震预测与当前地震形势判断.见:中国地震预测咨询委员会.地震预测咨询通讯,2008,(3) : 50 ~ 52.

2.2 2010年4月14日青海玉树7.4级地震与印尼地震的联系

2008年汶川巨震发生后,笔者开始将歹字型构造体系理论应用于地震中短期预测。因为应用这一理论能较好地解释2005年巴基斯坦7.9级大震、2008年汶川8.3巨震与2004 — 2007年多次印尼巨震时间上的关联,以及空间上汶川巨震与周围滇、藏、甘等地多次历史巨震和青藏滇缅印尼歹字型构造体系的头部的联系[9]。以此为依据,对2009年中国大陆西部、东部的地震趋势做出估计,取得了较好的预测效果。在这一基础上,又根据2009年8月28日青海海西6.6级地震发生在2009年9月2日印尼7.2级地震之前的5天,笔者提出对2010年地震趋势的看法: “中国大陆西部地震活动仍然主要受青藏滇缅印尼歹字型构造体系的控制”,并明确指出: “在歹字型构造体系的尾部发生大地震的前后,中国西部会发生6 ~ 7级地震; 如果尾部发生8级或更大的巨震,也不能排除在中国西部发生7.5 ~ 8级大地震的可能性”。

② 徐道一.汶川巨震、印尼巨震与歹字型构造体系的关系及其预测意义.见:中国地震局地质研究所.中国大陆构造活动背景分析及2009年度地震危险性预测研究(2009年度地震会商报告). 2008: 73 ~ 82.

③ 徐道一. 21世纪初的巨震群发期及其对中国大陆地震趋势的预测意义.见:中国地震局地质研究所.中国大陆构造活动背景分析及2010年度地震危险性预测研究. 2009: 49 ~ 56.

表 1可见,2010年4月7日在青藏滇缅印尼歹字型构造体系的尾部发生7.9级大震,7天以后,即4月14日,在它的头部发生7.4级玉树大震; 5月9日在它的尾部发生7.4级大震,16天、20天和25天以后,在它的头部(汶川、玉树)分别发生三次5 ~ 5.9级左右地震。当前者的震级变小一些,后者对应的震级也相应变小。印尼的7.9级大震是2010年亚洲发生的最大地震,所对应的玉树大震也是中国大陆2010年发生的最大地震。

表 1 2010年上半年青藏滇缅印尼歹字型构造体系头部与尾部发生地震的关联 Table 1 Relationships between earthquakes occurred in the head and tail parts of QXYBI eta-type tectonic system

可以推论: 2010年玉树7. 4级大震的发生与印尼7. 9级大震有密切联系。玉树大震形成原因之一应是:两者都处于歹字型构造体系之中,歹字型构造体系的尾部有大地震发生,就要牵动它的头部相呼应。

由上述可见,笔者主要依据歹字型构造体系理论所作出的对中国大陆2009、2010年地震趋势的估计基本上是正确的。

李四光教授在谈到青藏滇缅印尼歹字型构造体系的头部的主要组成部分时特别指出:“在昌都、玉树地区弯转颇为显著,在帕特凯一带转折尤其剧烈”。这表明李四光在几十年前已注意到玉树地区的地震地质的特征。

① 李四光.地质力学概论.地质力学研究所,1962: 77.

3 北美西海岸歹字型构造体系与地震预测

李四光早年提出的全球性巨型歹字型构造体系,除了上述青藏滇缅歹字型构造体系以外,还有在北美西部到中美洲的加勒比海一带的歹字型构造体系。

3.1 北美西海岸歹字型构造体系简介

在北美西部,从阿拉斯加开始,沿太平洋东岸,向南一直延伸到中美和加勒比海长达五、六千公里,被称为北美西海岸歹字型构造体系(见图 3)[10]。它的头部包括由强烈褶皱构成的阿拉斯加半岛、阿留申山脉等,可能包括加拿大北部的马更些山脉; 它的中部包括科迪勒拉山脉; 而尾部则有马德雷山脉向东穿过危地马拉和洪都拉斯进入加勒比海(包括牙买加、多米尼加、波多黎各岛等)[1]。根据这一描述,位于牙买加岛和多米尼加之间的海地显然是归属于这一体系的尾部。

1—构造线走向; 2—砥柱 图 3 北美西岸歹字型构造体系示意图[10] Figure 3 Sketch map of the eta-type tectonic system located in west coast of North America [10]

1906年4月18日发生在美国加里福尼亚州旧金山的8.3级巨震位于上述歹字型构造体系的中部,而1964年3月28日发生在美国阿拉斯加的MW9.2级特大巨震则位于上述歹字型构造体系的头部附近。

最近,苗培实等把它称为美洲大陆西缘歹字型构造系列中的北美科迪勒拉歹字型构造体系,认为进入危地马拉和洪都拉斯,该歹字型构造就结束于此处。他们把古马岛、牙买加岛、伊斯帕尼奥拉岛(包括海地和多米尼加)、波多黎各岛等归于加勒比海旋转构造体系。但是,这不影响海地等作为北美科迪勒拉歹字型构造体系的尾部,不同构造体系可部分迭加在一起。

3.2 对2010年4月墨西哥MS7.5级地震的预测与检验

2010年1月12日在海地发生了MS7.7级大地震。笔者于2010年2月27日填写了“2010年天灾预测意见”卡片,做出中短期预测: “2010年3月至2011年2月在美国加州西部、墨西哥西部将发生MS 7.5 ± 0.5级地震。”

① 见:中国地球物理学会天灾预测专业委员会. 2010年天灾预测意见汇编. 2010: 24.

实际地震情况是: 2010年4月5日在墨西哥的西北部(北纬32.3度,西经115.1度,靠近美国)发生MS7.5级大地震,10月23日在墨西哥西部的加里福尼亚湾(北纬24.8度,西经109.2度)中又发生MS7.0级地震。这表明上述对墨西哥地震三要素的中短期预测是基本正确的。

笔者没有专门从事过对美洲地震地质的研究,上述预测的依据主要是根据李四光提出的北美洲西海岸歹字型构造体系。当海地7.7级大地震发生后,由于它位于这一体系的尾部,参照2004年12月26日印尼特大巨震的情况[10],注意到北美洲西海岸歹字型构造体系尾部发生强烈地震活动,这会影响到该体系的其他部分,因此判断它的其他部分亦要相应活动,从而作出上述预测。

2010年2月27日发生智利8.8级特大巨震以后,可提供新的预测依据:由于1906年1月31日发生在厄瓜多尔的8.8级特大巨震和1960年5月22日发生在智利的MW9.5级特大巨震都位于苗培实等新提出的“南美安第斯—科迪勒拉S型似歹字型构造体系”[11]中,它们发生之后,在该歹字型构造体系的中部或头部附近都发生了巨震(1906年旧金山8.25级巨震和1964年阿拉斯加MW9.2级特大巨震)。这样一来,出现两次相似情况:在美洲西部,先在南美的一个歹字型构造体系发生一个特大巨震,然后在北美的歹字型构造体系再发生一个巨震。

因此,2010年智利8.8级特大巨震又发生在南美安第斯—科迪勒拉S型(似歹字型)构造体系中,下一个大地震或巨震很可能在北美西海岸歹字型构造体系中部或头部发生。

4 东半球、西半球歹字型构造体系中地震之间的联系

笔者受到2010年2月27日智利8.8级特大巨震发生的启示,对21世纪以来8.6级及以上巨震(特大巨震)的信息有序性作了研究,发现东半球、西半球的特大巨震的发生存在联系[12],进一步可用以探讨两个歹字型构造体系地震之间的联系。

表 2中列出了一百余年以来发生的6个特大巨震。为了论述简明,以下用每个特大巨震的发生年份来代表该特大巨震。

表 2 6个特大巨震的基本参数 Table 2 Several parameters of six super-great earthquakes

表 3列出了5个特大巨震的时间间隔,由表 3可见,1897与1950特大巨震相隔约53年; 1950与2004特大巨震相隔约54年; 同时,1906与1960特大巨震也是相隔54年。表 3中还列出了以天计算的两个特大巨震的相隔时间,三个(尤其后两个)时间间隔相当接近。

表 3 5个特大巨震的时间间隔 Table 3 Time intervals among 5 super-great earthquakes

表 3中5个特大巨震显示的54年左右信息有序性的天文背景引人关注。在天文上类似的周期有三个沙罗周期和月球18.6年周期。

日食、月食的出现代表日-月-地系统运行中的一个关键时刻,即太阳、月球和地球位于近似一条直线上。古巴比伦人早已发现日食有223个朔望月的周期,称之为沙罗周期。一个沙罗周期是18年10天(或18年11天),即6585. 3212天。3个沙罗周期是54年30天(或54年33天),按天数为19756天(P1)。由表 3可见,三个间隔值与P1的差值(d1)分别为- 335、101、79天,它们的均值为-51天,仅为P1值的0.26 %。

由于太阳引力的作用,月球绕地球运转的轨道(白道)与地球赤道面的交角(白赤交角)在不断地变化,变化值在23 °26 ' ± 5 °09 '之间,变化的周期为18.6年。由表 3可见,三个特大地震的时间间隔与P2 (三个18.6年周期)的离差较大(相差500天以上)。

上述资料说明,表 3中5次特大地震的时间有序性,主要是受与日食、月食有关的沙罗周期影响。沙罗周期是日食、月食重现的周期,日食、月食的出现都表明是太阳,月球、地球处于近似直线的特殊位置,即引潮力最大或最小状态。这时引潮力可能影响到地球深部的平衡状态,引起特大巨震的发生。

表 2可见,1897、1950、2004三个特大巨震位于东半球的赤道的北边,而1906、1960、2008三个特大巨震位于西半球的赤道的南边或它的附近。在时间上可分为三个阶段(见表 4),每个阶段为两个特大巨震,开始发生在东半球,巨震的纬度偏北; 然后迁移到西半球,纬度向南迁移。三个阶段在东西方向的迁移距离相差不大(平均约170 °),很有规律。上述三个经度差异的均值与180 °相差10 °,这是否与地球旋转轴的倾角23.5 °的一半(11.8 °)有关,还需要进一步研究。

表 4 6个特大巨震的空间参数的比较 Table 4 Comparison of several spatial parameters among 6 super-great earthquakes

表 4的第二列的前两个时间间隔的平均数大体为9年,为沙罗周期(18年)的一半,因此,它们也有可能与沙罗周期有关。

5 讨论

从19世纪末到21世纪初,特大巨震的发生是罕见事件,其中多数显示出明显的时空信息有序性,后者与天文因素显著相关,尤其是与沙罗周期有关(与中国大陆8级巨震的信息有序性与沙罗周期有关类似[13]),而且最大的几个特大巨震都发生在巨型歹字型构造体系中。在巨型歹字型构造体系的某个部位发生特大巨震以后,会牵动、引发该歹字型构造体系的其他部位(或临近的歹字型构造体系)发生特大巨震(或巨震),这可作为歹字型构造体系应用于特大巨震预测的一个基本依据。

特大巨震的发生是存在阶段性的,近一百多年的时段内,可划分三个阶段。大体上每个阶段是先在东半球的歹字型构造体系上发生一个或数个特大巨震,相隔几年,在西半球的南部(南美)发生特大巨震,又相隔一段时间(几月到几年),在北美发生巨震(或特大巨震)。这一特大巨震活动期的延续时间在9 ~ 16年左右。一个阶段与另一个阶段之间的间隔为54年左右。

从2004印尼特大巨震发生至今仅6年左右。2010智利特大巨震与1960智利MW9.5级特大巨震相比,它的强度低不少。因此,有理由认为,不能排除在南美西部未来数年内有可能发生与1960智利MW9.5级相类似的特大巨震,以及在北美西部可能发生巨震或特大巨震。近来已经发生的2010年4月5日墨西哥MS7.5级大地震可能是一个征兆。

经过两年多的探索,深深感到由李四光自主创新提出的歹字型构造体系理论经受了地震预测实践的考验,在地震预测方面显示了高超的预测能力。它与应用于地震预测中的板块构造理论模式相比,具有很强的生命力,应大力提倡和推广应用。

致谢 本文在成文过程中,马胜云、黄相宁、李东旭教授(研究员)给予鼓励和帮助,特此表示衷心感谢。

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