system: [SYSTEM]

user: 3. 伊朗地震柱分支构造的一般性描述 作者曾于2011年讨论过地中海地震柱的总体特征及伊朗分支的壳内强震与火山的活动 [ 10 ] [ 11 ]，本文在此基础上作进一步的阐述。 3.1. 伊朗地震柱分支的地震与火山分布 3.1.1. 依据ANSS地震目录的分析 由ANSS地震目录所产生的地震平面分布图如图2所示。图内包括总体地震、壳下地震和壳内强震，还包括一座活火山，TAFTAN火山。壳下地震指震源深度在全球平均地壳厚度35 km以上的地震，壳内强震指6.8级以上的壳内地震。 地震活动的主体地区涉及伊朗、阿塞拜疆和土库曼斯坦的全境。伊朗西北部的强震与土耳其接壤，中西部的强震与伊拉克交界。乌兹别克斯坦的强震独立于主体活动区之外，可能与18号兴都库什地震柱构造更加贴近。 除ANSS地震目录以外，还根据中国的相关地震资料补充了2个7级强震，一个是1990年6月20日的伊朗鲁德巴尔(Rudbar) 7.3级地震 [ 13 ]，一个是2003年12月26日伊朗巴姆(Bam) 7.0级地震 [ 14 ]。 如此，共计14个6.8级以上壳内强震以及3个中深源强震，详见表2。 Table 2 Statistics of the Iranian branch of seismic cone tectonic No. 19-3 from earthquake catalogue 时间 东经˚E 北纬˚N 深度(km) 震级 分区 参考地名 1 1968.665 59.02 33.96 −13 7.3 I04 Ferdows 2 1972.273 52.82 28.43 −33 6.9 I03 Fars 3 1976.268 63.77 40.31 −33 7.0 I07 Bokhara 4 1976.375 63.47 40.38 −10 7.0 I07 Bokhara 5 1976.898 44.02 39.12 −36 7.3 I01 Khowy 6 1977.219 56.39 27.60 −29 6.9 I03 Abbas 7 1978.709 57.43 33.38 −33 7.4 I04 Dayhuk 8 1979.906 59.72 33.96 −10 7.1 I04 Ferdows 9 19900620 49.4 36.8167 −10 7.3 I05 Rudbar 10 1997.354 59.80 33.82 −10 7.3 I04 Ghean-Birjiand 11 2000.901 49.94 40.24 −50 6.8 I06 Baki 12 2000.931 54.79 39.56 −30 7.0 I06 Nebit Dag 13 20031226 58.3333 29.0 −10 7.0 I03 Bam 14 2011.049 63.951 28.777 −68 7.2 I03 Khash 15 2011.809 43.508 38.721 −18 7.1 I01 Van 16 2013.289 61.996 28.033 −80 7.7 I03 Khash 17 2017.865 45.9592 34.9109 −19 7.3 I02 Halabjah 表2. 由不同地震目录所采集的伊朗地震柱分支地震统计表 东南角61˚E以东地区有一个火山活动区，TAFTAN火山，位于28.60˚N 61.13˚E，1993年4月25日喷发过，喷发强度不祥 [ 15 ]，推测其喷发强度指数VEI < 2。2011年和2013年两次震源深度在80 km左右的7级强震或许与这个火山区的活动有关。 3.1.2. 依据EMSC地震目录的分析 由EMSC地震目录所产生的地震平面分布图如图3所示。图内包括总体地震、壳下地震和壳内强震。地震活动的主体地区与图2一致。 EMSC地震目录监测的主体地区在东经40˚以西，对本文研究区的西部只有少量2级以下的地震，东部则只有3级以上的地震。这种监测能力的不均匀，显然为研究工作构成一定难度。 3.1.3. 伊朗地震柱分支的地震平面分布特征 由图2和图3可见，研究区内的平面分布具有两个明显特征，一是存在多个壳内地震和壳下地震的密集区，二是密集区又呈现某种条带分布。为此，本文划分了I01-I07共7个密集区，发现I01-I03区由东土耳其到波斯湾沿着扎格罗斯山脉构成一个弧线型条带，而I04-I06区则从高加索至伊朗高原构成一个直线型的条带，唯有I07区自身度外。 图3. 伊朗地震柱分支的地震分布(据EMSC地震目录，2004.10~2019.5，M≥ 1.0) 由图2和图3还可看到，壳内地震和壳下地震的密集区几乎重叠，而壳下地震的密集区则略小于壳内地震密集区，最大震源深度可达384 km，表明从地表到地下深部的地震活动是直下型的，由此构成了一个个倒立的圆锥体，即地震子柱构造(详后)。 图2和图3的地震分布特征，运用李四光先生的地质力学能得到很好的解释 [ 16 ]。图4摘编自李四光先生的大幅全球插图。李四光先生对这个山字型构造作了详细描述，可惜并没有给它起名，本文姑且将其称为伊朗山字型构造。伊朗山字型构造是全球的巨型山字型构造之一，渐新统的地层皆被卷入。对比图2和图3，本区的主体地震活动分布的弧形带与山字型西翼的扎格罗斯弧形褶皱带相吻合(红色线条)，直线带与高加索至伊朗盾地的直线型褶皱带相吻合(橘色线条)。山字型的弧顶位于波斯湾的海底之下，深度可达96 km。TAFTAN火山即处在弧顶区域之内。由是观之，地震地热说与地质力学的结合应该是一种完美的结合。 图4. 伊朗山字型构造与地震子柱分布简图(据李四光《地质力学概论》 [ 16 ] 摘编) 3.2. 伊朗地震柱分支的三维立体图像 地震柱构造的三维立体图像，可以直观地展示壳内地震与壳下地震的相互关系，给人以视觉的感受。壳内地震与壳下地震的关系是一种重要的地质现象。地壳以下，随着深度的增加，温度和压力的变化和物质的相变，已经越来越不是弹性力学的范畴，因而也不能用壳内地震活动的观念来看待壳内地震与地幔深部地震的相互关系。 3.2.1. 依据ANSS地震目录的三维图像 依据ANSS地震目录的伊朗地震柱分支三维立体图像如图5所示。由图可见，壳内地震与壳下地震均为直下型的柱状形态，深部地震均各有归属，互不干扰，只是由于研究区内强震密布而难以区分。由此可见，壳内强震与深部地震活动依依相息，密不可分，自然令人们联想到深部地震活动是否能为壳内强震提供前兆信息。 图5. 伊朗地震柱分支依据ANSS地震目录的三维立体图像(1963~2019.5，M ≥ 4.0) 3.2.2. 依据EMSC地震目录的三维图像 依据EMSC地震目录的伊朗地震柱分支三维立体图像如图6所示。由于该地震目录可以监测到4级以下的地震，因而震源深度比图5大大加深，达350 km以上。2004年有地震目录至今，研究区内只有2次壳内强震活动，因而深部的地震也不是十分活跃。60˚E以东地区有火山活动，然而监测到的地震活动极少，显然这里的地震监测能力不足。 图6. 伊朗地震柱分支依据EMSC地震目录的三维立体图像(2004~2019.5，M ≥ 3.0) 3.2.3. 伊朗地震柱分支的三维立体分布特征 由图5和图6可见，伊朗地震柱分支的三维立体分布呈现明显的直下型特征。众所周知，壳下地震所释放的能量是无法耗散的，越往深部越是如此，因而只能将能量存储到上部的地层之内，逐层累积，逐层驱动，直至壳内释放。换句话说，壳下地震应该是壳内强震与火山活动的能源供给者。在意大利 [ 5 ] 和厄瓜多尔 [ 17 ] 的火山区下部50~150 km的深度内，曾经发现疑似的熔岩囊(储能囊)，囊内缺失壳下地震活动，就是很好的例子。 面对图5和图6的画面，让人联想到地震地热说所设想的“开水试验” [ 2 ]。如果将图中的方盒子假想为一个烧杯，装满水，置于平板热源上。当温度适当时，杯底会出现气泡，随即破裂。随着水温升高，气泡不断地上升–破裂，水面渐渐变形。当气泡能够上升到近水面时进入“响水不开”的阶段，随后就沸腾了。图5和图6的壳下地震类似于气泡的上升，地震和火山的时间预测就是要寻找“响水不开”的时机，可以通过地震柱构造震源深度时序图的趋势线加以判定，也可以通过譬如地应力、地形变、电磁波、深井水位、水氡等观测资料的异常复位以及宏观异常加以辅助判定。 仔细观察开水试验，可以发现地震柱构造、地震子柱构造的模拟，甚至可以观察到本尼奥夫剖面。解释开水试验的原理，需要《空化与空泡动力学》的原理和方法。空泡动力学或许可以解释开水实验中“气泡”(壳下地震)的成核、生长、移动和溃灭的机制，也可能寻找并解释开水“沸腾”(壳内强震或火山)的发生机制。作者曾得到张宇宁先生的推荐，找到了C.E. Brennen先生的网络版教材 [ 18 ]，并勉力节译了前3章 [ 19 ] - [ 32 ]，以为借此可以揭示地震柱构造的工作机理，或许能为深源地震的机制研究找到新的出路。 3.3. 伊朗地震柱分支的震源深度时序图 震源深度时序图用于研究深度的时序特征，类似于地震预报中常用的M-t图或M-N图，是最为简洁直观的描述方法。所不同的是，M-t图所展示的是地震序列的时间效应，往往是一个衰减过程，而震源深度时序图所展示的则是壳下地震的空间效应，往往是一个自下而上的能量增长过程。震源深度时序图可以描述壳下地震是如何开始的，如何逐层驱动的，以及驱动壳内构造从而发生灾变的大致时间点。 3.3.1. 依据ANSS地震目录的震源深度时序图 依据ANSS地震目录的伊朗地震柱分支震源深度时序图如图7所示。图中2004年以后的地震密度增加，可能与该目录在2004年改进了地震参数测定方法、提高了壳内地震与壳下地震的分辨率有关。但是，在2004年前后，深度时序图并没有出现明显的系统偏离，表明震源深度的测定技术已经日臻完善。 图7. 伊朗地震柱分支依据ANSS地震目录的三维立体图像(1963~2019.5，M ≥ 4.0) 由图7可见，研究区内的地震活动呈现一定的韵律，由深部到地表，都存在疏密相间的特征。自1963年至2019年，大致经历了3次较为密集的活动，相间20年左右。每次活动高潮期内，还会包括小的间隔。但是，由于本区壳内强震活动密集，对壳内地震和壳下地震活动的关联很难加以区分，只能留待地震子柱构造的研究中加以解决。 3.3.2. 依据EMSC地震目录的震源深度时序图 依据EMSC地震目录的伊朗地震柱分支震源深度时序图如图8所示。图8上的2次壳内强震，即2011年伊朗与土耳其边界的凡城(Van) 7.1级地震和2017年伊朗与伊拉克边界的哈萊卜杰(Halabjah) 7.3级地震之前(表2)，壳下地震活动似乎都存在某种趋势线，可以直接指向未来的强震活动时间点。但是，由于该目录生成时间不长，还有待后续验证。 图8. 伊朗地震柱分支依据EMSC地震目录的三维立体图像(2004~2019.5，M ≥ 3.0) 至于2011年和2013年深度为80 km左右的两次7级强震，发生在火山活动区，或者因为监测能力不够，或者本来那里的壳下地震不多，因此暂时无法判断它们与壳下地震活动的某种联系及其与火山活动的关系。 3.3.3. 伊朗地震柱分支震源深度时序图的特征分析 伊朗地震柱分支震源深度时序图的韵律特征，形象地表明了壳下地震的活动节律，与作者所做的其他地区研究结果具有较好的一致性 [ 3 ] [ 33 ] [ 34 ] [ 35 ]。作者将这种韵律称为“地幔年代际振荡”(Mantle Decadal Oscillation，简称MDO)或者年际振荡 [ 36 ] [ 37 ]。上世纪末，Steven R. Hare (1996)发现了“拉马德雷”现象(La Madre，希腊语意为母亲)，在气象学和海洋学上称为“太平洋十年涛动”(Pacific Decadal Oscillation，简称PDO)。作者在处理地震柱构造的资料时，也发现了大量类似的拉马德雷现象。年代际振荡节律有18年左右的，也有10左右的，年际振荡有几年的，甚至几个月的(南美洲)。总体看来，这种振荡似乎与星际有关，比如地球自转速率、极移、太阳黑子、月地关系等，应该属于外因作用。内因则是各个地震柱构造的储能丰度，包括温度和压强，以壳下地震活动的频度和强度为表征。外因是通过内因起作用的，因此各个地震柱构造的韵律反应不一。震源深度时序图的韵律特征，是提取壳内强震或火山活动时间域信息的重要依据。