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user: 3. 厄瓜多尔地震柱构造的地震与火山活动 作者以往曾对厄瓜多尔地震柱做过研究 [ 14 ] - [ 16 ] ，也曾做过壳内强震与火山的试验预测 [ 12 ] 。然而，随着时间的推移，资料逐渐地丰富，该地震柱构造逐渐成为一个很好的预测研究平台。 3.1. 厄瓜多尔地震柱的地震与火山分布 厄瓜多尔地震柱1963~2016年的地震与火山活动分布见图2，壳下地震的分布见图3。图中的断层构造据Robert T.等人的研究成果汇编而成 [ 20 ] - [ 29 ] ，只有沿南美洲西海岸的虚线和安第斯山南段的虚线是根据本文的需要推测的。沿西海岸的虚线表明这里的海沟并没有完全贯通，近几十年的壳内强震大多发生在虚线的断续处就是证据(图3)。沿西海岸的海沟显然存在一些闭锁段，壳内强震活动的态势正是试图打通这些闭锁段。 按照对全球地震柱构造的划分结果，图3在02号厄瓜多尔地震柱的周边标明了那些分别属于01号智利地震柱、03号危地马拉地震柱和04号海地地震柱的地震分布。因此，只有图中4个黄色多边形内才是属于02号厄瓜多尔地震柱的地震。 按照这个分区，则属于本文研究区内的壳内强震和火山分别如表1和表2。表1包含7级以上的壳内强震15个，表2包含活火山9座。这些火山均为地震柱型火山 [ 10 ] ，所喷发的气柱或烟柱可高达数百米或数千米(据GVP网页http://volcano.si.edu/volcano.cfm?vn=火山编号)。 由图2和图3可见，该地震柱内的浅源地震活动皆沿着南美洲西海岸成团分布，或者沿着相关断层成团分布，活火山则主要沿Fritz E.等(1946)所确定的年轻岩体呈北东走向分布 [ 22 ] 。 图2. 厄瓜多尔地震柱的地震与火山分布(据ANSS地震目录和GVP火山月报，1963~2016，地震M ≥ 3.0，火山喷发指数VEI ≥ 2) 图3. 厄瓜多尔地震柱的壳下地震与火山分布(据ANSS地震目录和GVP火山月报，1963~2016，地震M ≥ 3.0，火山喷发指数VEI ≥ 2) Table 1 Intracrustal strong earthquakes M7+ in the Ecuador seismic cone (according to ANSS catalogue， 1963-2016 序号 年/月/日 纬度(˚) 经度(˚) 震级 震级类型 深度(km) 分区 1 1970/05/31 −9.1760 −78.8230 7.8 Ms 43 a 2 1970/12/10 −3.9890 −80.7240 7.6 Ms 25 b 3 1974/07/13 7.7470 −77.6880 7.3 Ms 12 c 4 1974/10/03 −12.2650 −77.7950 7.6 Ms 13 a 5 1974/11/09 −12.5000 −77.7860 7.2 Ms 6 a 6 1976/07/11 7.4090 −78.1270 7.0 Ms 3 c 7 1979/12/12 1.5980 −79.3580 7.7 Ms 24 b 8 1991/11/19 4.5540 −77.4420 7.0 Ms 21 c 9 1992/10/18 7.0750 −76.8620 7.3 Ms 10 c 10 1995/10/03 −2.7500 −77.8810 7.0 Me 24 b 11 1996/02/21 −9.5930 −79.5870 7.5 Mw 10 a 12 1998/08/04 −0.5930 −80.3930 7.2 Me 33 b 13 2004/11/15 4.6950 −77.5080 7.2 Mw 15 c 14 2007/08/15 −13.3860 −76.6030 8.0 Me 39 a 15 2016/04/16 0.3529 −79.9250 7.8 Mw 21 b 表1. 厄瓜多尔地震柱7级以上壳内强震(据ANSS地震目录，1963~2016) Table 2 The active volcanoes in the Ecuador seismic cone since 1960 (according to Smithsonian Institution， 1960-2016 火山编号 火山名称 纬度(˚) 经度(˚) 海拔(m) 最后喷发时间 所属地区 351020 Ruiz， Nevado del 4.892 −75.324 5279 2011-2016 Colombia 351050 Huila， Nevado del 2.93 −76.03 5364 2010-2012 Colombia 351060 Purace 2.32 −76.4 4650 1977 Colombia 351080 Galeras 1.22 −77.37 4276 2014 Colombia 352010 Reventador −0.077 −77.656 3562 2014-2016 Ecuador 352020 Guagua Pichincha −0.171 −78.598 4784 2002 Ecuador 352050 Cotopaxi −0.677 −78.436 5911 2016 Ecuador 352080 Tungurahua −1.467 −78.442 5023 2012-2016 Ecuador 352090 Sangay −2.005 −78.341 5286 2013-2015 Ecuador 表2. 厄瓜多尔地震柱1960年以来的活火山(据Smithsonian Institution，1963~2016) 图4为深度在50 km以下和100 km以下的地震分布。由图4可见，越往下，地震活动的密集度就越高，深部地震活动与壳内强震及火山活动的关系就显得更加清晰。 图5为该地震柱地震活动的三维分布。图中显示，深源地震活动的中心位于巴西的西部，往上有6个倒立的圆锥体与之相连，或者说圆锥体的下端都一致性地指向深源地震活动中心。6个圆锥体深度不一，规模不一，其活跃程度显然也不一样。 3.2. 厄瓜多尔地震柱的活动性分析 上节展现了厄瓜多尔地震柱的基础资料和图件，本节研究该地震柱的整体活动性。 为了研究方便，图3中划分了4个单体地震柱，分别为a、b、c、d等4个分区，并分别给出其震源深度时序图如图6。图6同时给出了各个分区的壳内强震与火山随时序的活动。 按照本文的研究方法，厄瓜多尔地震柱的整体地震活动大致可以分为5个地层，即深度500 km以下为超级能动层，300~500 km为恆热层，150~300 km为次级能动层，50~150 km为储能层(或含有熔岩囊)，0~50 km为影响区内的耗散层 [ 7 ] 。中深源地震活动所释放的能量，不论是热能或者机械能，都无法耗散，只能向上转移，从而造成地震活动“自下而上逐层驱动”之势，能量积累在储能层内，最终通过壳内强震或火山活动以热能或者机械能的形式释放殆尽。多数地震柱的恆热层内基本无地震活动，表明深源地震所释放的能量在该层内不能停留，直接向上层转移。 图6a的能动层几乎包含了本地震柱的所有深源地震，并且随着次级能动层的活动增强而出现壳内强震活动。近几十年秘鲁中部没有活火山，南部的火山活动属于01号智利地震柱。图6b同样随着次级能动层的活动增强而出现壳内强震活动，陆地上有5座活火山，火山活动强烈。图6c储能层内地震活跃，壳内强震和火山也较为活跃。图6d集中在次级能动层内活动，壳内和储能层内地震皆不活跃，壳内最大地震为1995年1月19日的6.6级地震。图6d的活动态势和作用暂不明了，似乎有一种俗话所说的为a、b、c等3个分区“敲边鼓”的味道。 图6b往西，东太平洋厄瓜多尔属地加拉帕戈斯(Galapagos)群岛(科隆群岛)的费尔南迪纳岛(Fernandina Island)火山活动，可能属于东太平洋大洋中脊的地幔柱型火山 [ 10 ] [ 30 ] ，与厄瓜多尔地震柱构造的活动关系不大，因此没有划入02号厄瓜多尔地震柱的构造范围。 综合图3和图5的效果，显然深源地震是由图6a一家管总，因而只能将4张图的效果合并才能为所有壳内强震与火山活动提供能量。合并效果图如图7。 图4. 厄瓜多尔地震柱不同深度的壳下地震分布(据ANSS地震目录和GVP火山月报，1963~2016，地震M ≥ 3.0，火山喷发指数VEI ≥ 2)；a) 深度h ≥ 50 km；b) 深度h ≥ 100 km 由图7可见，1995~2012年能动层的深源地震活动表现出成团的活动，图中用一个蓝色的虚线框框圈住。这个框框的直径约为17年，与作者所估计的地幔年代际振荡的周期基本相当 [ 31 ] 。深源地震中包括5个7级以上的强震，最大震级Mw7.6。上下关联，显然自2012年以来的壳内强震和火山的活动群与蓝色框框内的深源地震及其上行的中源地震活动有关。换句话说，地震柱的壳内强震与火山活动的能量可能来自地幔的深部，而不是某种地表构造的活动所为。 由这个蓝色框框向前看，该地震柱上世纪70年代和90年代的壳内活动，也存在与此类似的情形，只是 图5. 厄瓜多尔地震柱的地震三维分布(据ANSS地震目录和GVP火山月报，1963~2016，地震M ≥ 3.0，火山喷发指数VEI ≥ 2) 图6. 厄瓜多尔地震柱的单体地震柱震源深度时序图(据ANSS地震目录和GVP火山月报，1963~2016，地震M ≥ 3.0，火山VEI ≥ 2) 图7. 厄瓜多尔地震柱的综合震源深度时序图(据ANSS地震目录和GVP火山月报，1963~2016，地震M ≥ 3.0，火山VEI ≥ 2) 深源地震活动的强弱有别而已。当然，还包括资料的完整性问题。显然，越往前，对地震的监测能力越弱。 3.3. 厄瓜多尔地震柱的特殊结构 图5中的6个圆锥体就是厄瓜多尔地震柱的单体地震柱。它们像是6根通向地幔深部的管道，构成中深源地震活动的习惯性通道，结构稳定，经久不变，周边也未见由于观测仪器的改进和数字分析技术的提高而引起的系统偏差。 图3中的4个单体地震柱的划分其实是不得已而为之，因为太小的圆锥体难以分离出来单独统计分析，只能划分为4个大区。 对于单体地震柱，由其出地点指向深源地震中心的剖面，可以称之为本征剖面 [ 9 ] 。过本征剖面可以画出类似于本尼奥夫剖面的图像，其物理意义在于它能够描述地震柱的本质。 该地震柱过厄瓜多尔圆锥体的本征剖面如图8所示。其他圆锥体也可以画出同样的剖面来。图8标注了地震柱的多种基本要素，包括地震柱的主要地层结构、深源地震活动区、出地点及其影响区。图中的黑色虚线是地震柱圆锥体的某一条母线，因此这样的剖面离开圆锥体就没有意义了。图中的红色虚线为推测的熔岩囊。根据意大利埃特纳火山的经验，有火山活动的地区，储能层里面的熔岩囊内地震活动或许较少 [ 8 ] 。做本征剖面图像时，只有选择合适的尺度才能发现熔岩囊的存在。 由是观之，地震柱的本征剖面与人们常见的本尼奥夫剖面性质是不同的。 本文从哈佛大学网站(http://www.globalcmt.org/CMTsearch.html)和美国地质局调查所网站 (https://www2.usgs.gov/natural_hazards/)获得研究区16条6.8级以上壳内强震(其中有1条新近的6.7级强余 图8. 厄瓜多尔地震柱的本征剖面之一(据ANSS地震目录和GVP火山月报，1963~2016，地震M ≥ 3.0，火山VEI ≥ 2) 震)的震源机制解，列于表3。由表3可见，壳内强震均发生在西海岸或者靠近海岸地区，其中只有哥伦比亚西海岸有1条属于正断层面解，其余全部为逆断层或者逆冲断层面解。如果我们推测地震断层面解的主破裂面是沿着南美洲西海岸的(表中的红色字符标志)，则必然存在某种力量推动这些逆冲断层。这种力量可能就来自地震柱柱体本身的某种运动，从而造成了地震柱构造影响区内地震活动的广泛逆冲和扇状分布。 以上分析，显示了厄瓜多尔地震柱的一种特殊结构。由图3看，4个单体地震柱朝北西方向呈扇形展开，由图5看，6个圆锥体向南、向东倾斜，一致性地指向深源地震中心。整个地震柱构造可以形象地比喻为一只左手的手掌型结构：深源地震活动中心为其腕部，恆热层为其掌心，负责沟通各个圆锥体，秘鲁圆锥体为其大拇指，厄瓜多尔圆锥体和哥伦比亚圆锥体分别为其食指和中指，指尖便是壳内强震与火山的活动之所。 厄瓜多尔地震柱的这种手型构造，如果一张一弛，即足以提供逆冲断层和逆断层的支撑力量，而深源地震活动的韵律则控制着一张一弛的节度，以火山活动释放储能层的大部分热能，以壳内强震力图疏 Table 3 Focal mechanism solutions of strong earthquakes M6.8+ in the Ecuador seismic cone (1976-2013， from http://www.globalcmt.org/CMTsearch.html 编号 日期 年/月/日 纬度 (˚) 经度 (˚) 震级 震源深度 (km) 断层面解I 断层面解II 机制解 地点 Mw mb Ms φ δ λ 性质* φ δ λ 性质* 071176B 1976/7/11 7.32 −78.11 7.3 6.2 7.0 15 78 67 161 RLI 176 72 24 LLI 巴拿马 121279A 1979/12/12 2.32 −78.81 8.1 6.4 7.7 19.7 30 16 118 RLT 181 76 83 LLI 厄瓜多尔 西海岸 030687B 1987/3/6 −0.06 −77.84 7.1 6.5 6.9 15 195 27 98 RLT 7 64 86 LLI 哥伦比亚 -厄瓜多尔 040591A 1991/4/5 −5.93 −76.84 6.9 6.5 6.7 39.7 183 33 106 RLT 344 58 80 LLI 秘鲁北部 111991G 1991/11/19 4.80 −77.18 7.2 6.5 7.0 19.1 13 13 95 RLT 188 77 89 LLI 哥伦比亚 101892G 1992/10/18 7.27 −76.34 7.1 6.6 7.3 15 270 45 167 RLT 9 81 46 LLI 哥伦比亚 北部 060694J 1994/6/6 2.93 −75.94 6.8 6.4 6.4 15 206 76 170 RLI 299 80 14 LLI 哥伦比亚 100395B 1995/10/3 −2.55 −77.53 7.0 6.5 7.0 25 234 39 120 RLT 18 57 68 LLI 秘鲁 -厄瓜多尔 080498H 1998/8/4 −0.57 −80.48 7.1 6.2 7.1 25.6 27 15 124 RLT 172 78 82 LLI 厄瓜多尔 西海岸 111504C 2004/11/15 4.72 −77.57 7.2 6.6 7.1 16 21 11 114 RLT 177 79 85 LLI 哥伦比亚 西海岸 200708152340A 2007/8/15 −13.73 −77.04 8.0 6.7 8.0 33.8 321 28 63 LLT 171 65 104 RLI 秘鲁 西海岸 200709100149A 2007/9/10 3.08 −78.12 6.7 6.1 6.8 18.9 54 23 −95 RL 239 67 −88 LL 哥伦比亚 西海岸 201110281854A 2011/10/28 −14.52 −76.12 6.9 6.5 6.9 25.1 326 15 68 LLT 168 76 96 RLI 秘鲁 西海岸 新 2016/4/16 0.371 −79.940 7.8 19.2 183 75 84 LLI 26 16 113 RLT 厄瓜多尔 西海岸 新 2016/5/18 0.428 −79.965 6.7 32.4 168 77 79 LLI 29 16 130 RLT 厄瓜多尔 西海岸 新 2016/5/18 0.465 −79.641 6.8 31 183 76 85 LLI 23 15 110 RLT 厄瓜多尔 西海岸 表3. 厄瓜多尔地震柱6.8级以上壳内强震的震源机制解(1976~2013，据http://www.globalcmt.org/CMTsearch.html，2016据USGS) *RLT为右旋逆冲断层，LLT为左旋逆冲断层，LLI为左旋逆断层，RLI为右旋逆断层，RL或LL为正断层，红色字符为沿西海岸的破裂面。2016年资料据USGS。 通南美洲西北部的海沟，以求保持手型结构活动的自由度。 当然，以太平洋板块向东的“俯冲”也可以解释这里断层的逆冲现象，然而图6和图7显示该地震柱的中深源地震活动并非呈“俯冲”模式。 由图7可见，深源地震活动比地震柱的壳内活动提前若干年，因而有足够的时间让人们做好心理准备。工作做好了，该地震柱的壳内强震与火山活动的预测便是可能的。 以上分析，部分源自实际资料，部分源自推测。科学研究是允许根据一定的实际资料推测的。这就叫做去粗取精，去伪存真，由此及彼，由表及里，由事实到本质的研究方法和认知过程。