破坏性地震来自于流体物理爆炸，为沉积地层高压孔隙流体快速进入近真空的断裂带，引发内爆。

      多年来，地震是断层错断，还是爆炸引起的？争论不断，这是一个严肃的科学问题。

      对天然地震，初动后至强震间，一般有一段弱-中等强度的地震波信号，之后才是强震信号。那么这两段信号都是断层错断，弹性回跳（主流）；还是流体隐爆所致（流体物理爆炸）？争议来断。

      正方坚持主流观点，认为地震释放的巨大能量是断层错断所致；反方则认为，地下爆炸所致，以杜建国、梁光河、岳中琦教授为主，我也赞同隐爆，但称为物理爆炸。反方虽然提出了非主流的思路，但遗憾的是，他们所提出的流体或气体介质或爆炸机理存在一定问题。例如，梁光河(2017)提出，地下流体相变膨胀, 地下雷电是致震原因。如下左图，可以看出，即使存在流体，这种流动是很难完成的。地层的物性参数是孔隙度和渗透性，当数值小时，流动是很难完成的。如泥岩、膏盐可阻档这种流动。岳中琦(2013)提出地壳深部甲烷，但它们的丰度低，很难在断层错断的短时间内大量汇聚。别说分散在各晶格中的结构水，就连分散在页岩中的吸附气，甲烷，在实施压裂后，都要分段压裂，每次压裂只影响100-200米的半径范围的空间，天然气才能处于吸附状态的页岩中跑出来。杜建国（2018）提出更夸张，为地核-幔流体。这和前面的一样，丰度低，有的还是呈化合物形式，如结构水。包括岩浆流体，它们的活动性远低于处于砂岩，泥页岩中的吸附和游离气体、油、和地层水。

      在争论时，可能忽略了一个问题，讨论的问题不是一码事儿。主流观点坚持的断层错断，是指初动后至强震间的弱-中等能量信号。相当于1-4级地震，并认为断层错动也可以产生之后的强信号（强震）6级以上的能量。但实际上，主流们又没对强震进行分析，认为强震和前弱震都是“横波”。隐爆观点认为，能量来自于地下爆炸，断层错断的释放的能量不够。但没分清前期弱中震动和强震的区别，甚至提出爆炸为根本原因。

      事实上，目前天然地震专家在分析地震或求应力机制解时，所利用的是强震前的弱振幅，下图来自于《新地震观测手册》，地震出版社，2006年，第4页：

图1 德国CLL台站记录的地震波

      从图上看到，一般利用初动至强震之间（左侧多条实线内）的弱信号来识别各种波形和做分析，求应力机制解。而对右侧的强信号强震，则几乎没有分析。下图是新地震手册的第19页关于印度某地震台站所记录到的三分量波形，从中可以看出，强震前的弱信号分析是比较细致的，强震却无视。

印度Killari-Latur地震的一个余震(震中距约为5.3km,1993年10月18日)

      通过强震前的这些弱信号的分析，能判断断层的性质，并求解出应力机制。之后的强震并不是不分析，这里可能有一个梗儿，就是上世纪的地震仪主要是光点记录，强震时能量很强，导致它乱跳失真。地震界对这个能量几乎不做任何分析。在震中附近的台站，这个能量就完全爆仓了，失真了。因而在实际地震分析研究时几乎就不看它。进入二十世纪，随着计算机的进步和检波器的优化，已普遍使用数字记录仪，其动态范围很大。然而，虽然是数字记录，能较精确地记录强振幅信号，仍较少分析这些强信号。可以说这是地震学的一个空白区。主流观点，就顺带将强震的强振幅能量也归结为断层的错断了，这显然有点武断。

      为此，本文先撇开弱信号，只谈强震能量特征。强震能量是地震专家未涉及的“空白区”。我们认可主流观点的地震时序，断层错断在先（注意，不是原因）。这些能量相当于1-4级的弱振幅；提出可达8级以上的后续的强震，可能不是断层的错断所致，而是流体物理爆炸。

      在此普及一下，地震台站接收地震波，一般一个台站可记录三个方向的振动，称为三分量检波器：南北向SN,东西向EW和垂向UD。可以通过三个分量来分析地震波的性质。

      另外，物理爆炸与日常见到的化学爆炸不同，不需要引信，火柴或燃烧。爆炸的本质，是高压气体、液体压力突然释放。例如，海上地震勘探用的是高压汽枪作为震源，代替陆地上油气勘探使用的炸药震源；近年来的地震实验就是在水库或湖泊用多台高压汽枪模拟地震，4台高压汽枪同时激发可引发2.3级（好象，记不清了）的地震。化学爆炸分两步，先是化学反应产生大量气体局部富集形成高压，然后高压气体膨胀，压力释放，产生爆炸，或燃烧。物理爆炸只有第二步，高压流体释放压力，无第三步燃烧。即只要有压力差的释放就会形成爆炸。

      多数是外爆，象高压气罐一样，内部压力大，罐外为常压，流体向外喷出而释放压力。但也有内爆，例如，泰坦潜水艇内爆过程（点击此链接查看模拟视频）。以全球最大的潜艇为例，台风级核潜艇长173m，假设内部全为空气，内爆释放的能量为1.61*10¹⁵J，相当于6.94级地震(矩震级M_w)。这是相当可观的了。 断层错断瞬间，内部是真空，0压力，和潜艇内部常压相似，周围的高压流体会快速进入断层，形成内爆。10km深的地层内如果有高压流体，就有100Mpa的压力差进入断层。

      先说弱振幅，的确是断层错断所致，它能较精细地反映地震的本质，但破裂不是根本原因，根本原因还在于地球局部的均衡异常，或均衡状态不同，导致不同块体产生了差异升降，而引发了断裂，即断裂是结果，不是原因。

      其次，说一下强震，即地震专家未涉足的空白区。现在争论的焦点在于，主流观点在分析弱振幅的信号中，将强震能量也说成的错断所致，并否定爆炸因素，否定的依据是因为地震波是横波S波动，而不是爆炸所产生的涨缩波，或P波、纵波。的确，若看弱信号，的确能分析出纵横波。对强震而言，现在就依地震专家的说法，假设强震也是横波。横波应有两类，或两种情况：

    （1）走滑断层，无或少上下移动，如下图所示。这时必然有剪切力的作用，并产生SH波。SH波质点振动方向垂直于地震波传播方向，质点是在水平面内振动。地震波向前以前后晃动为主。这时，在近震和远震接收到的地震波，均以水平分量为主。但实际地震记录的强振幅不是这样的，因此，此方式被否定。

          （2）正断层或逆断层产生也会产生横波，叫SV波，其质点振动方向在近垂直平面内。

 以下图为例，说明SV波由左向右传播，每个质点是在垂直平面内振动：

      这时会出现以下情况（下图），在近震源处接收到的地震波三个分量中，应以水平分量为主；而远离震源的台站，则应以垂直分量为主。

      但实际上，地震台站接收到的不是这样的信号。如前述印度Killari-Latur地震的一个余震，其震中距为5.3km，离震源近，因而以垂向分量为主。后面来有很多例子说明此事。因而，强震能量并不是来源于断层的错动，主流的这个说法是错的。

      按我们于2021年发表在《地质力学学报》的文章"储集层中高压流体引爆强地震的机理———以5. 12 汶川地震“(可点这个连接<点击这里>下载)的思路，认为地震强震能量来自于沉积地层中高孔隙储集层中的流体，进入错断瞬间为真空的断裂带时，形成内爆，产生的应力释放而产生的能量，称为物理爆炸。即强震能量为爆炸产生的纵波，或P波，其振动方向与传播方向一致，如下图。

       这时，在近震源时，以垂直振幅为主，即大地上下跳动，导致楼房也上下跳动；而在远离震源处，则以水平分量为主，以前后或左右摇晃为主，楼房水平方向晃动。显然，这是符合现实地震的。P波是涨缩波，如下图为示意图，从左至右传播，传播方向与质点的振动平行：

      由于实际地震观测时，远距离以水平方向的前后，左右摇晃为主，这些民间公司在做地震预警软件时，特别是在距震中较远的（>50公里）。横向振动，就是“横波”？这是民间的叫法，还是地震专业指导下的结果？在地震学中，地震横波是指地震波传播方向与质点振动方向垂直的波动才叫横波，此横波非彼横波。如下图，为较近的什邡八角台的三个分量，第三个为垂向分量，较强。而更近的汶川地震震中西22公里的卧龙台则Z分量最强。

      下图为更远的震中东北的江油重华台，Z分量很小了。

      下图为西南的芦山附近的飞仙关镇的三个分量，蓝色为UD，即Z分量，相对于XY方向要小得多。

      下图为西北阿坝的黑水县站，蓝色Z分量较小。

      如下图，为不同距离地震波分量变化，底部为推测的地震波射线传播路径，和上面的推测量致，近源垂向分量高，远源垂向分量小。虽然最远处自于深部速度分界面的折射波，但其出射角仍是近水平方向。

      从多个台站的地震波时频分析看，卧龙台明显可以分为两组信号，一组是高频低振幅（下图的下半部分），为强震前的断层破裂信号；一组是低频强振幅信号，为爆炸所产生的强振幅信号（下图的上半部分）。此图由中国地质大学（武汉）张学强教授制作，在此表示感谢。根据学，震源体积如果小，则易产生高频信号，震源体积大，则易产生低频信号。在实际人工地震炸药爆炸时，主频和炸药量是成反比的。

      另外，从不同距离的信号看，也明显看得出来弱信号为破裂信号，为高频低振幅，与强震（低频高振幅）有一个时间差。破裂信号跑得快，频率几乎没衰减；而强震信号是某定点爆发的，有一定传播时间才到达，频率逐渐降低。如下图，到东北江油重华台184km时，强震前的弱信号延迟了近20秒，而在最近的卧龙台仅有1秒的弱振幅。且越远，多次强震合成为一个强震了，反映了为从远处传过来，主振频率衰减快，而弱振幅的高频并未衰减，充分反映了弱振幅是真正的断裂破裂过程。

      下图说明512汶川地震的发展趋势，它不是一个地震，而是由7个5.5级以上的地震组合而成：

      另外，从汶川地震后的科学钻探（镜下照片显示流动构造），及地震现场（爆炸坑），均能看出流体爆炸的痕迹，如下图所示。

      最后，实际储集层流体压力释放可产生高能量（内爆）。爆炸的本质并不是有火，有氧气，燃烧，那种火炸药爆炸的本质是化学过程产生了高压气体，然后释放了高压能量，而物理爆炸的能量释放其实就少了一个化学过程。离汶川地震震中较近的鸭子河气田，其储层长20公里，宽10公里。川西其他地区则比这个规模也大得多。现假断层能断开5公里的储层，宽度500米，厚度100米，孔隙度设为最低5%，则有0.13亿方的水进入断裂带，可释放压力达到32MPa，能产生8级地震有量。即存在流体爆炸的可能性。

      如果没有流体参与，震级会大吗？不会，下面是李铁（2005）统计的我国122多个煤矿和非煤矿采矿诱发的地震的分布，其中109个有地震记录，震级分布如下表所示：

      可以看出，最大不超过5级，主要分布为2.5-2.9级，和汶川地震高频低强度的断层破裂一致，和昆仑地震也类似，昆仑山口西8.1级大地震，震前2-3天频繁出现2-3级小地震，这就是断层破裂信号。当断层断至沉积岩中的高孔隙储集层，内部的流体进入断裂带，压力释放，引发强震。

      用本文提出的微破裂-破裂-强震-余震模式，可以全程看到流体活动。如唐山地震前几天，微破裂时，枯井冒水、油井增产，这些就是微破裂引发浅层流体的沟通。微破裂一般地震台站接收不到，还不到初动，只有极近的台站，如<5km范围内的台站可以收到信号，如现在油田压裂所引发的高频破裂，在4km范围内，是能收到振动信号的，远了就检测不到。同时，在震前、震中均能收到流体流动产生的负的电异常，因为流体在地下多孔介质中流动，会产生负电异常现象，已在石油注水、采油过程中广泛使用，用来监测油藏状况。因而有很多地震能观测到地震时的放电现象，甚至有球状闪电，有可能就来自于流体的活动。负电异常甚至可以影响到周边的大气。有学者还提过，将地震时的电异常归结为断层的错断，用石英摩擦来实验，但实际其产生的电流极小，难以形成较大的电场异常。

      至于页岩气开采时压裂会不会产生地震，这个太过MG了。不宜在此讨论，但这种即使有，震级不会太高，原因是人工压裂所引发的流体数量有限，难以形成大的振动。但这正好说明，若有更大规模，区域性的断层，能破开5公里以上的储集层的天然断裂，就能引发大地震。

      有学者说，断裂即使破开储层，储层内渗流很慢的，很难短时间内形成物理爆炸？事实上，井喷不仅是井筒内的流体喷出来，附近的地层内的流体也会涌入井筒内，这个”附近“就是一个概念，称为可动用半径工。钻到有高压的储集层，若地层放在地表常压下，孔隙间是不流通的，但在地层压力下超过井筒的静水压力时，就能突破孔隙的限制。这个概念也称油田可动用半径r，凡在半径内的孔隙内的流体均能通畅地到达井筒，超过距离r的，则到不了。这个半径与岩性有关，一般在200米-1200米左右。上面的计算5公里长，500米宽就是利用了可动用半径，在断裂两边各250米的范围内，流体均”可动用“。

主要参考文献

1.李铁, 蔡美峰, 张少泉. 2005. 我国的采矿诱发地震[J]. 东北地震研究, 2005, 21(3):1-26.

2.毛小平, 何廉康, 刘佳林, 等, 2021. 储集层中高压流体引爆强地震的机理: 以5. 12 汶川地震为例[J]. 地质力学学报, 27(4): 628-642.

3.毛小平, 陆旭凌弘, 王晓明, 范晓杰, 耿涛, 王昊宸. 2020. 周向应力在地壳运动中的作用. 地学前缘(中国地质大学(北京); 北京大学), 27(1): 221-233(EI). 

4.万天丰，李三忠，杨巍然，梁光河，毛小平*，刘银河等. 板块运动的机制与动力来源学术争鸣[J]. 地学前缘, 2019, 26(6): 309-319(通讯作者).   

中国地质大学（北京）能源学院毛小平

2023年10月5日河北怀来八达岭阿尔卡迪亚二期小院

2025年9月6日重新发布