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user: 3. 西北太平洋滨海地区的地震活动与地震柱构造的划分 3.1. 采用ANSS地震目录研究的结果 采用ANSS地震目录，取震源深度大于35 km地震的分布，及其按照中深源地震活动中心所划分的地震柱构造，如图4所示。图中的05号白令海地震柱、10号马里亚纳地震柱和12号菲律宾地震柱等因资料不全，不在本文研究之列。本文研究的6个地震柱的基本参数见表1。 图4. 研究区内ANSS地震目录的壳下地震分布(据ANSS地震目录，1963.1.1~2016.4.16， M ≥ 4.0，h ≥ 35 km)。05号白令海地震柱，06号鄂霍茨克地震柱，07号日本地震柱，08号中国珲春地震柱，09号北马里亚纳地震柱，10号马里亚纳地震柱，11号台湾及琉球地震柱，12号菲律宾地震柱，22号马尼拉地震柱 Table 1 Basic parameters of seismic cone structures in the study area according to ANSS earthquake catalogu 地震柱编号 及名称 最小矩形区域 地震数 最大震级 最大震源深度 (km) 经度(˚) 纬度(˚) 06 鄂霍茨克 144~170 40~62 20，619 8.3 678.9 07 日本 130~148 34~55 28，087 9.1 631.9 08 中国珲春 115~134 35~50 556 7.9 590.3 09 北马里亚纳 128~148 22~40 27，935 (9.1) 686.39 11 台湾及琉球 118~136 18~38 11，988 7.8 502.2 22 马尼拉 115~126 12~24.5 6356 7.8 384 表1. 研究区地震柱构造的基本参数(据ANSS目录，1963.1.1~2016.4.16， M ≥ 4.0) 研究中需要尽可能地剔除相邻地震柱的壳下地震，故地震柱的边界多采用多边形来表示。图中多边形的框线采用不同线型只是为了区别不同的地震柱构造。 研究区内地震活动的三维立体分布如图5所示。这张图是作者2011年形成的，本文采用新的资料修订 [ 5 ] 。由图可见，在研究区近700 km深的立方体内，倒立着参差不齐的、近乎直立的圆锥体。这些圆锥体由中深源地震的震源体密集而成，是震源体以及地震所标示的热能自下而上逐层驱动的稳定通道，至少几十年没有变化。因此，中深源地震并不像人们所想象的位于某种斜坡带上，而是处在一个个粗大的、近于直立的管道内。它们有自己的习惯通道，自己独立的活动方式，自己特有的韵律，互相牵连但又互不侵扰。这就是大自然的魅力所在。 图5. 研究区内ANSS地震目录的三维分布(据ANSS地震目录，1963.1.1~2016.4.16， M ≥ 4.0) 图5的地震柱图像，如同一副框架结构的构筑物，坚不可摧，每年几十毫米的GPS地表水平位移恐怕是难以撼动的。至于俯冲，则更加不可能，因为在这里任意截取一个通过深源地震区的剖面所做出来的所谓“本尼奥夫带”，只是人们的虚拟，根本不存在。 本文所研究的6个地震柱的立体图像如图6所示，相关参数见表1。这6幅图像多数并非单柱体地震柱，而是由多个单柱体复合、具有共同特征的复合地震柱，大致分述如下。 06号鄂霍次克海地震柱，深源地震密集在鄂霍次克海600多千米深处，中深源地震活动沿着鄂霍次克海东部的火山链展布，由多个单体地震柱并列组成一种扇型结构，收敛于深源地震区。该地震柱构造内火山活动较多，壳内强震较少。 07号日本地震柱，是全球唯一的多腿地震柱，即同一个柱身由多条腿支撑着。该地震柱构造只有一个柱身，自然也只有一个熔岩囊，因而主要控制本州北部的壳内强震和本州北部的火山活动。最大地震为9.0级。下一节还会详细论述。 08号中国珲春地震柱，目前表现为潜在的地震柱，即在深部有地震活动，而中源地震和浅源地震并不活跃。该地震柱构造主要控制中国东北地区的火山活动，对华北地区的壳内强震似乎也有影响。下一节还会详细论述。 09号北马里亚纳地震柱，横跨日本本州南部，主要控制本州南部的壳内强震，以及由富士山向东南方向延伸的一组雁列的火山活动。2013年日本小笠原群岛的西之岛附近出现了一座新的小岛，也与本地震柱构造的活动有关 [ 6 ] 。作者曾在一篇文章中预言过这里的火山活动，但是却被某编辑部封杀了。 11号台湾及琉球地震柱，连接日本九州和中国台湾，由多个单柱体复合而成，比较活跃的有九州地震柱和北台湾地震柱。九州地震柱构造控制九州的壳内强震与火山活动，北台湾地震柱则控制宜兰、花 图6. 研究区内按照ANSS地震目录划分地震柱的三维立体图像(据ANSS地震目录，1963.1.1~2016.4.16， M ≥ 4.0)。(a) 06号鄂霍茨克地震柱；(b) 07号日本地震柱；(c) 08号中国珲春地震柱；(d) 09号北马里亚纳地震柱；(e) 11号台湾及琉球地震柱；(f) 22号马尼拉地震柱 莲及其以东海域的壳内强震，火山不活跃。九州地震柱和北台湾地震柱的活动相互呼应，下节还会详细论述。 22号马尼拉地震柱(曾经编号F1)，衔接在11号台湾及琉球地震柱与12号菲律宾地震柱之间，可以划分为两个二级震柱，即南台湾地震柱和吕宋地震柱。前者控制台湾中南部壳内强震，含1999年南投7.7级地震，后者控制吕宋岛北部的火山群。 3.2. 采用日本震源月报研究的结果 本文所收集到的日本震源月报资料只限于1997.10.1~2015.7.31期间，而且多限于日本本土，因而使用起来有较大的局限，但是作为上一节研究的补充和验证仍然很有必要。 表2为日本震源月报对研究区内资料较为完整的4个地震柱的基本参数。 研究区内的壳下地震分布及地震柱的划分见图7。图7与图4的地震柱划分保持一致。二者虽然源自不同的地震目录，经过仔细比较，只存在一些检测精度上的差异，没有颠覆性的矛盾。 研究区内地震的三维分布见图8，表2的4个可研究地震柱的三维立体图像见图9。 Table 2 Basic parameters of the main seismic cone structures in the study area according to the Japan earthquake monthly report 地震柱编号 及名称 多边形区域 地震数 最大震级 最大震源深度 (km) 经度(˚)，纬度(˚) 07 日本 146， 55-130， 55-130， 47-133， 40-138.5， 39-141， 37-143， 34-148， 34-148， 38-144， 41-143， 42-144.7， 46-147， 48-146， 55 703，611 9 657 08 中国珲春 134， 50-115， 50-115， 35-134， 35-134， 50 16，299 7.3 671 09 北马里亚纳 148， 27-143， 34-141， 37-137.5， 40-128， 0-128， 37-132， 37-142， 20-148， 20-148， 27 557，093 8.1 698 11 台湾及琉球 136， 28-134， 35-130， 38-120， 38-118， 27-118， 18-126， 18-136， 28 325，035 7.7 293 表2. 研究区主要地震柱构造的基本参数(据日本震源月报，1997.10.1~2015.7.31， M ≥ 1.0) 图7. 研究区内日本震源月报的壳下地震分布(据日本震源月报，1997.10.1~2015.7.31， Mv ≥ 3.0，h ≥ 35 km) 图8. 研究区内日本震源月报的地震三维分布(据日本震源月报，1997.10.1~2015.7.31， Mv ≥ 3.0) 图9. 研究区内主要地震柱的地震三维分布(据日本震源月报，1997.10.1~2015.7.31， Mv ≥ 3.0)。(a) 07号日本地震柱；(b) 08号中国珲春地震柱；(c) 09号北马里亚纳地震柱；(d) 11号台湾及琉球地震柱 比较图8与图5、图9与图6，4个可研究地震柱的三维立体图像基本吻合，于是就由不同国家的地震目录验证了这些地震柱划分的合理性。作者也做过同样的工作，采用美国和地中海两套不同的地震目录，验证了地中海地震柱划分的合理性 [ 6 ] 。 由于不同的地震目录毕竟存在观测精度上的差异，在确定地震柱的多边形边界时需要做仔细地调整。在监测精度差异不大的情况下，采用本地地震目录研究当然更为合理。 3.3. 地震柱构造的共同特征及其工作方法 综合上述研究结果，可以得出这些地震柱构造的共同特征及其工作方法，大致包括： ● 这些地震柱扎根于数百千米的地幔深部，由底部的中深源地震活动密集区向上扩张形成较为粗大的储能体(深度大约50~150 km)，然后按照地表构造的复杂度形成更为宽阔的地震柱构造影响区。由于深部地震活动所释放的能量是无法耗散的，这种管状通道内的地震活动只能是在地幔深部的热能和热物质支撑下的自下而上逐层驱动。如果假定为自上而下的活动方式，是找不到力源的，也与地震柱的震源深度时序图的图像不符。 ● 作者曾经利用收集到的资料论证过，这种地震柱体都是地震P波的快速异常体 [ 4 ] 。因此，在一些论证地幔柱的全球性资料中，在1000 km深度范围内，大凡P波的慢速异常体即为地幔柱，P波的快速异常体则为地震柱 [ 7 ] 。二者皆为地幔内的热柱体，但其性质迥然不同。 ● 过每个单体地震柱的轴心可以做出本尼奥夫剖面，但本尼奥夫剖面中的斜面仅仅是地震柱倒立圆锥体的某一条母线，离开了地震柱就没有任何意义了。作者将地震柱的出地点指向深部地震活动密集区的剖面称之为地震柱的本征剖面(intrinsic profile of seismic cone) [ 5 ] [ 8 ] ，能够帮助判断未来火山活动的地点，或许在预测研究中有用。本尼奥夫剖面中的斜面往往是由于地震柱的影响区远大于地震柱的柱体造成的，因而只是一种错觉。地震柱构造是否真正倾斜，要靠地震柱的本征剖面来判定。比如10号马里亚纳地震柱和18号兴都库什地震柱，都可以画出我们常见的本尼奥夫剖面中的斜面，但其实它们的本征剖面都是垂直于地表的，因而地震柱也是垂直于地表的。图5中的各个地震柱都有自己的本征剖面，其倾斜方向也各不相同。人们常常跨海沟任意截取一个指向深震区的剖面来做本尼奥夫带，并以此作为地表海沟向下延伸的依据，在图5中显得它既不是平均效果，也不是什么特效，因而在物理上和构造上都是没有意义的。由图5可以看到，地震柱与地表的海沟地貌没有直接的瓜连。海沟或许正是地震柱长期活动所造成的破裂带的叠加，加上海水的侵蚀而形成的地表地貌，大多数只有几千米深，将它们延伸到300~400 km深的高温高压地幔环境之中是难以想象的。 ● 同一个地震柱内的单体地震柱，其活动性可能互相呼应和影响，比如九州地震和台湾地震活动的相互呼应。但是，相邻地震柱构造活动的相互影响则大大减少，比如2011年日本9级地震后，相邻地震柱则并不受其影响，各自保持着正常的活动水平。 ● 同一个地震柱内的壳内强震与火山活动，是地震柱释放累积能量的两种不同方式，可以相互制约，互为消减。比如2011年的日本9级地震较大程度地释放了地震柱的累积能量，故本州岛北端的火山并没有随之而动，然而2016年的日本熊本7.3级地震可能并未完全释放掉地震柱所累积的能量，故强震连发，强震后火山活动也连发。火山活动是地震柱构造年轻程度的重要标志之一。全球所有的地震柱历史上都曾经有过火山活动，但是现在有的地震柱没有活火山了，只保持着壳内强震的活动。本预测研究区的情形也是如此，多数地震柱都有活火山，有的却没有了。比如08号中国珲春地震柱，历史上曾经有长白山和五大连池的火山活动，现在沉寂了，或者说休眠了。北台湾地震柱上世纪50年代还有过火山活动。 ● 每个单体地震柱都有自己的活动韵律，即震源深度随时间的律动，作者称之为地幔年代际振荡或者年际振荡 [ 9 ] ，或许正是寻找壳内强震与火山活动时间预测的重要依据。按照人们常用的历史地震比拟分析方法，将地震柱的震源深度时序图与同时期的壳内强震和火山活动加以比对，便可以划分地震柱的活动期次，预测未来活动的大致时段和大致强度。 ● 由于管状通道内的地震活动是自下而上逐层驱动的，那么壳下地震活动的密集区或许正是寻找壳内强震与火山活动地点预测的重要依据之一 [ 10 ] - [ 13 ] 。不过，火山活动多半靠近地震柱的出地点，而壳内强震的活动则可能远离出地点，甚至出现在地震柱构造影响区的边缘部位，需视地震柱构造影响区内的地表构造活动形式和活动状态而定。壳内强震可能发生在壳下地震活动的密集区与活动断层的闭锁段相吻合的部位，也可能发生在地震活动空区里的断层闭锁段。后面这种情况判断的难度大一些。越是临近事件的发生时间，这种比较研究越是重要，因此应加强对地震柱的地震监测，提高监测精度。为达此目的，拥有本地1级以上或者2级以上的地震目录十分必要。地震目录中的震源深度信息虽然不能要求准确，但是要求各家测定深度的精度可以互相比对。人们常常误解震源深度的准确度，其实我们的方法要求的只是震源深度的相对差异，大家比较一致就好。至于震源深度的准确度，目前是做不到的。关于地表活动构造的研究，目前大量的文献都是若干个块体的拼接，然而本文的研究方法要求的是对具体构造(断层或者褶皱)的剖析与研究 [ 14 ] - [ 19 ] 。 ● 对于单体地震柱的预测研究，需要尽可能地剔除相邻地震柱中深源地震活动的干扰。这种干扰主要影响到震源深度时序图的真实性和可靠性。为此，需要按照地震分布的平面图像和立体图像进行反复比对，并结合不同版本地震目录的差异加以调整。壳内地震的活动不太可能影响到预测分析。