甲烷天然氣爆炸引發(fā)汶川地震和四川盆地地底甲烷天然氣的再次填充周期

1、汶川地震中出現(xiàn)的現(xiàn)象和傳統(tǒng)地震成因解釋的局限性

5.12汶川地震發(fā)生后，在大量資料和證據(jù)的基礎上，筆者調(diào)查、發(fā)現(xiàn)和總結(jié)了汶川地震的眾多地震地質(zhì)現(xiàn)象。這些現(xiàn)象包括：（1）龍門山發(fā)震斷裂僅在局部溝谷地帶出露地表，出露地表的同震破裂長度有限；（2）幾乎沒有人在堅硬巖體中找到地表同震破裂；（3）深部巖體破裂的擴展方向是單向地從映秀向北川、青川發(fā)展；（4）地表同震破裂主要孤立地發(fā)生在煤體和土體中，且長短和位錯變化大；（5）宏觀震中中央斷裂帶內(nèi)的相鄰城鎮(zhèn)的破壞存在巨大差別；（6）數(shù)十個山體孤立地發(fā)生巨大堅硬巖石破碎、近水平拋飛，和高速遠程滑移；（7）大范圍山體巖體發(fā)生粉碎性的破碎；（8）不少建筑物孤立地發(fā)生被毀滅性破壞和垮塌；（9）地震瞬時天空變昏變黑；（10）山坡地大量氣體溢出、噴出、爆炸和閃光；（11）龍門山山麓前沖積平原地表發(fā)生砂礫和氣水混合體的高速噴出；（12）地震波反映出主震的逆沖或逆沖帶走滑斷裂；（13）震后大地變形測量的斷裂兩側(cè)地殼有永久合并與沉降；（14）四川盆地存在數(shù)千米厚的含煤地層和很多巨量異常高壓甲烷天然氣田；（15）地震前后，四川盆地油氣田的天然氣體的體積和壓強有巨大的增大、增多；（16）地震后，又發(fā)現(xiàn)了更大的異常高壓氣體；（17）主震后一小段時間，紫坪鋪水庫水還在巨浪翻涌；（18）主震時宏觀震中區(qū)空氣普遍立即降溫；（19）地震后數(shù)小時，災區(qū)普遍降大雨兩日；（20）主震和余震發(fā)生時，人們先聽到地聲、幾秒鐘才感到地動；（21）龍門山斷裂帶分布與主震宏觀震中分布和余震震中分布之間不一致；（22）汶川地震前震小而少，主震大，余震強而多。

這些汶川地震的現(xiàn)象，都是地震最直接、最客觀的表象，同樣也是總結(jié)歸納地震原因最主要的證據(jù)。

但是據(jù)筆者研究分析，傳統(tǒng)斷層帶長期地形變力源而突然斷裂彈性回跳的地震成因理論無法符合自然規(guī)律和自然邏輯地解釋這些現(xiàn)象。在現(xiàn)象上，汶川地震就是一次在非均勻地殼內(nèi)的極快速、極大面積的固體巖土體波動和破壞。地震前后極大規(guī)模的天氣降溫現(xiàn)象，大規(guī)模的降雨現(xiàn)象等，都無法用傳統(tǒng)的斷層彈性回跳原理來解釋。

所以汶川地震的成因還應該考慮新的方向。

2、甲烷天然氣爆炸是汶川地震形成的原因

四川盆地是中國三大天然氣生產(chǎn)區(qū)之一，自古就有開采利用天然氣的記錄，但是20世紀80年代以前，我國在四川盆地的油氣勘探工作卻收效甚微，沒有巨大的突破。然而在汶川地震的前二十年，四川盆地的天然氣勘探卻成果顯著，異常高壓的天然氣體越來越容易探到、開采，儲量也極為豐富，探明儲量1.2萬億m3，這與先前的勘探乏力的現(xiàn)象極為不符。

而且在汶川地震后，四川盆地的天然氣儲量呈高速增加趨勢，2010年新場氣田新增探明儲量1211.20億m3，比2003年的711.99×108m3增加近一半；2011年發(fā)現(xiàn)元壩氣田，儲量足夠全國使用8年。同時還有普光氣田等氣田，其探明儲量都極為豐富。

這種天然氣圍繞汶川地震前后增長的現(xiàn)象，讓筆者意識到汶川地震與地下天然氣的相關性。

經(jīng)過筆者研究分析，在進一步研究龍門山和四川盆地的地質(zhì)構(gòu)造演變歷史和油氣田勘探成果的基礎上，筆者發(fā)現(xiàn)龍門山前川西坳陷存在大量圈閉構(gòu)造，3km以下的巨厚地層含大量異常高壓天然氣體。而這些極高壓、高密度的甲烷天然氣正是地震前后四川地區(qū)天然氣的來源，也是汶川地震的主要原因。

在侏羅紀以前，龍門山地區(qū)和四川盆地一樣處于海洋和海岸環(huán)境，有巨厚沉積巖。龍門山經(jīng)歷了各種板塊構(gòu)造運動，這個前陸逆掩斷層帶覆蓋埋壓了大量海相巖層，如巨厚煤層、碳質(zhì)巖、頁巖等地層體系。自侏羅紀以來，龍門山進一步經(jīng)歷了2億年的早期陸相沉積、構(gòu)造斷裂和抬升侵蝕運動?？傮w呈北東-南西走向、全長約500km、寬約50km，龍門山斷裂不整合帶也可劃分為前山、中央和后山疊瓦狀推覆斷裂不整合帶。

現(xiàn)今龍門山疊瓦狀推覆逆掩斷裂帶由不少堅硬巖石塊體組成，在整體上形成了剛性巖體構(gòu)造和構(gòu)架。數(shù)百千米長的疊瓦狀推覆斷裂不整合接觸使得龍門山斷裂帶或不整合接觸帶深處（特別是山間盆地和大溝谷深部10—20km上下）存在串珠狀分布的、局部密封的大型縫洞空隙閉圈構(gòu)造。地幔和地核生成的高密度、高壓強甲烷天然氣不斷通過龍門山下部深大斷裂帶滲透、輸入，使得它們成了高壓氣囊。

龍門山斷裂帶長期受到區(qū)域性北西-南東方向擠壓形成高壓巖體，這使得地殼底部核幔高密度、高壓強的天然氣體通過深部斷裂，被運移到、滲透逸入壓強相對較低的深部斷裂帶大型氣囊中儲存。隨著時間的推移，被滲透逸入氣囊內(nèi)的天然氣體也就越來越多，氣體密度和壓強也就逐漸增大。高壓氣體對氣囊圍巖作用也逐漸增大，使得圍巖彈性變形增多。區(qū)域構(gòu)造應力場和剛性巖石塊體構(gòu)造限制了氣囊外部圍巖體，使得它們不能產(chǎn)生大應變和位移。

在14km以下的深部斷裂帶囊內(nèi)天然氣體得到不斷地增多和增強，形成異常高壓氣體（估計壓強達300MPa以上），同時，也緩慢推擠圍巖。少量高密度高壓強氣體，通過微震和沿著斷裂帶、地層不整合面、地層層面和煤層等通道，也不斷地滲透、運移到淺部，在龍門山前的四川盆地各種水平和緩傾角沉積地層中聚積和儲存。它們聚積和儲存在8km厚的四川盆地淺部沉積巖層中，形成很多天然氣田。這使得四川盆地存在大量以甲烷為主的異常高壓天然氣田供人們開采利用。

這也是汶川地震前二十年四川盆地天然氣勘探忽然成果顯著的主要原因。

3、汶川地震的發(fā)生機制和過程

由于龍門山斷裂的極高壓、高密度天然氣越來越多，終于在2008年5月12日下午2時28分，位于映秀山澗盆地14km深部的、沿大型斷裂面或不整合面分布的、縫洞空隙閉圈構(gòu)造內(nèi)的異常高密度、高壓強氣體，打破了整體力學平衡。囊內(nèi)異常高密度、高壓氣體，沿斷裂或不整合面巖體強度低的周邊方向，突然將巖體致裂、剪脹開裂上覆斷裂帶巖體（P波初動）。

隨之，一股海量異常高密度、高壓強氣體快速地逃出這個氣囊閉圈。它們沿斷裂帶、不整合面、地層面、煤層等相對松散通道在深部地下快速（估計速度可達1—3km/s），向上方四周沿著這些通道，致裂剪脹、飛移、流動和擴散。它們在映秀、彭州九峰山—綿竹紅白、安縣高川—曉壩、擂鼓—北川城、陳家壩、青川南壩—東河口等地質(zhì)斷裂、煤層等特殊地區(qū)和部位，脹剪破裂上覆地層、沖出山體和溝谷，造成溝谷地表同震斷裂，山坡巖體崩垮、高速飛移。

這股海量高密度、高壓強氣體，在深部被高構(gòu)造壓應力緊緊擠壓的地下裂隙和斷層面狀通道的飛速破裂剪脹開地層和運移流動，形成了近場巨大的、轟隆隆的地聲和遠場的彈性體波。

它們的體積，因構(gòu)造與地層壓應力隨深度降低而減少，而快速膨脹、彌漫或集中。數(shù)秒鐘之內(nèi)，這股高密度、高壓強氣體快速運移、流入近地表地層內(nèi)部（6km深度內(nèi)），又因圍巖壓應力降低、圍巖剛度降低、變軟，通道變小或堵塞而受阻。它們運移速度減慢、體量再聚積。但是，它們的壓強雖然減小，卻不斷地、大大地高過當?shù)貒鷰r的地應力和抗拉、抗剪強度。進而，它們四處充填、氣化、頂起、抬升、晃動、擺動和扭動上覆地層。同時，它們與向下作用的巖體重力一起，造成了瞬間廣大且局部孤立集中的近場地面波動和破毀，以及時間長且復雜的遠場彈性地震波（地震面波）。

這一股逃逸出來的海量高密度、高壓強氣體具有巨大體積膨脹能，它們的體積可隨著重力和構(gòu)造應力的深度減小，而瞬間增大數(shù)十、數(shù)百甚至數(shù)千倍。它們能頂起、破裂、流（液氣）化上覆地層，造成或引起巨大地面震蕩波動。這個過程是在十到數(shù)十秒鐘內(nèi)瞬間完成的。它是隨著地下氣體逸出、噴出地面、進入空氣（壓強0.1MPa）、進入地下巖體空洞、裂隙和孔隙等儲存的增多和完成而結(jié)束的。

同時，局部集中高壓氣體將上方的巖體致裂擠噴突出地表，發(fā)生地面張開、閉合和開花，巖爆和巖體的拋射造成山體崩塌、滑坡、滾石，河床階地谷地的地鼓、抬升、裂開和逆沖，孤立建筑物豎向破壞或瞬間摧毀，頓時巨大塵土騰空而起，以及大面積的河溝、山坡和河水面上白色氣體溢出或白色粉塵飛揚。在小部分山地，地下溢出、噴出到空氣中的天然氣體高度彌漫混合于空氣中，形成氣體瞬間爆炸和燃燒。這種混合氣體的瞬間燃燒形成了閃光。在有些地方，高壓氣體攜帶著煤等礦物巖石粉塵沖天而起，導致天空黑暗，黃煙彌漫，塵土遮天蔽日。進入空氣的氣體和粉塵又慢慢地向高空運移和聚集成厚厚的云團。

同時，這股海量高密度、高壓強氣體呈數(shù)千倍的快速絕熱膨脹要吸收大量的空氣熱能；氣體、粉塵、云團也可將太陽光遮蔽。這兩者就造成了地面空氣溫度的瞬間降低。同時，由于冷熱變化和甲烷逸入空氣與氧氣發(fā)生化學反應，形成強烈的對流降雨，造成了地震當天晚上，龍門山極震區(qū)和周邊廣大范圍有中到大雨，局部地方有暴雨，一直到第三天晚（2008年5月14日晚），降雨才停止。

特別是，龍門山區(qū)和山前的汶川、都江堰、彭州、什邡、綿竹、安縣、北川、青川等地區(qū)近地表淺層存在有不少零星孤立垂向分布的可釋放瓦斯的薄煤層（或煤線）和低抗張剪強度的巖石（如生石灰、磷礦等）。它們可作為異常高壓天然氣高速流動、噴出和溢出地表通道，同時很容易被高壓天然氣體致裂和致爆，造成地表強烈振動和煤層、巖石破壞、瓦斯突出爆炸，進一步造成大面積局部小場地的毀滅性破壞和災難。

在這股海量高密度、高壓強氣體擠破、推開深部閉圈巖層快速逃出深部氣囊后，氣囊內(nèi)的氣體壓強迅速降低，擠推力速減。從而，開口兩側(cè)地層，在原有極高擠壓地應力的作用下，快速彈性閉合，又關閉了囊內(nèi)大量氣體。囊內(nèi)和地下各處巖體關閉留存的高密度、高壓強氣體又可在巖體中聚積，可沿破裂薄弱帶再致破閉圈、逃出，形成大量余震。這些核幔高密度、高壓強氣體再聚積、儲存可產(chǎn)生余震，可為未來大地震作準備。隨著時間的推移，龍門山斷裂帶深部斷裂帶閉圈囊內(nèi)核幔天然氣體又逐漸增多、壓強也逐漸增大，或許在若干年后又可發(fā)生大地震。

4、汶川地震系地下甲烷天然氣的主要根據(jù)

經(jīng)過分析和研究，筆者找到、歸納出以下九點根據(jù)和理由，論證造成汶川地震是地下極高壓天然氣體，它的化學成分主要是甲烷（CH4）：（1）近十多年來，人們在四川盆地淺層（1—7km深）地層內(nèi)部，發(fā)現(xiàn)和找到大量異常高壓甲烷天然氣田，這同龍門山地震帶每年發(fā)生不少微震是一致的。（2）巨大天然氣田的甲烷氣純度達90%以上，這同地球深部（如地幔）物質(zhì)和環(huán)境單純是一致的。這可同現(xiàn)代垃圾填埋場的氣體成分、煤田瓦斯氣體成分、液化氣的成分進行對比來理解，這些環(huán)境中的氣體是不單純的，存在多種氣體，甲烷氣含量變化巨大。并且，這些天然氣田中含有微量核幔氣體元素。（3）甲烷是無色、無味的，比空氣輕。這同地震時人們沒有感到、注意到天然氣體的存在是一致的。（4）甲烷是無毒的。這同極震區(qū)沒有人在地震時被毒氣傷害是一致的。（5）甲烷高度可燃，深部高密度甲烷是因溫差電壓而帶有電壓、電荷的。這同人們在強地震時常見到藍、白色地光閃爍和火球是一致的。（6）甲烷（5%—15%）和空氣混合氣可自燃和自爆。這同人們在強地震時見到和聽到的爆炸是一致的。（7）甲烷的比熱容量比空氣大很多。這同地震后極震區(qū)空氣立即降溫是一致的，和天昏地暗也是一致的。（8）甲烷比空氣輕，可高升，且同氧氣發(fā)生化學反應可生成液態(tài)水。這同地震數(shù)小時后，極震區(qū)要降大雨、降雪是一致的。（9）龍門山地震帶、四川盆地大天然氣田和龍門山深大斷裂帶地殼內(nèi)分布是一致的。這些大天然氣田在四川盆地7km深以內(nèi)的沉積地層中。川西盆地邊上就是10—20km深的龍門山大斷裂帶。這個深大斷裂帶10—20km處是大地震震中，是深部極高密度、極高壓核幔甲烷氣囊的氣體逃出、流出點。

5、四川盆地地底油氣的來源和再次填充周期

汶川地震是由于龍門山斷裂帶地下20km深部的極高壓、高密度甲烷天然氣爆炸所致。而地震前后四川地區(qū)的天然氣勘探儲量忽然增多也與此有關，是龍門山地底的天然氣運移、填充到四川盆地地下淺層封閉地帶后形成的。

地震雖然是地下短時間、極大量的甲烷天然氣脹裂、運移、釋放的一個瞬間過程，但是地面的閉合、地下甲烷天然氣的填充，卻是一個長時間、緩慢的過程，并不是短時間內(nèi)所能完成的。所以只要掌握了這個填充的時間規(guī)律，就可以很好的預測地震。

經(jīng)過筆者對四川地區(qū)歷史上有關甲烷天然氣的記載和陳家壩地底噴出的古木年齡的研究與分析，總結(jié)歸納了四川盆地甲烷天然氣的一個充填的時間過程。

5千年前，龍門山斷裂帶發(fā)生了巨大地震。這個巨大地震可能同古蜀國消亡、三星堆遺址和金沙遺址有關。大量甲烷天然氣從20km深下部巨大的（數(shù)百km3）極高壓高密度天然氣田閉圈通過斷裂帶而逃出深部閉圈，進入7000米深的淺部盆地地層閉圈，為此時的盆地地區(qū)提供了豐富的天然氣資源。

之后（或許從2000年前開始）龍門山?jīng)]有再發(fā)生大地震，隨著時間和小余震，大量淺埋的氣體進一步逃出淺層圈閉，進入地表、空氣，所以從西漢到宋朝都有關于四川地區(qū)天然氣的描述和記錄。如公元前53年到公元18年，西漢揚雄在《蜀都賦》中描述了四川盆地天然氣的境況：“蜀都之地……火井龍湫……”，北宋樂史所著《太平寰宇記》記載，陵州（轄境相當今四川省仁壽、井研等縣）鹽井中曾發(fā)生過天然氣井噴現(xiàn)象：“陵上有井，名陵井……若以火墜井中，即雷吼沸涌，煙氣上沖，濺泥漂石，甚可畏?！钡?。

之后，淺層的埋藏氣體逐漸散逸或者被開發(fā)，越來越少，所以1945年到1990年之間，四川盆地的甲烷天然氣勘探很不理想，沒有什么大的突破。

但是2008年汶川地震前，由于龍門山斷裂深部天然氣填充完成，后來的甲烷天然氣增加，使封閉圈受到的壓力越來越大，開始不斷的滲流、運移到淺層封閉圈內(nèi)，形成了汶川地震前四川盆地淺層的極高壓、高密度甲烷天然氣勘探儲量的明顯提高。

汶川地震后，地底深部的大量甲烷天然氣涌入四川盆地淺層圈閉，造成了地震后四川盆地天然氣儲量的猛增。

所以龍門山斷裂帶以2008年汶川地震為臨界的強震復發(fā)周期為2000年到6000年，即此間地殼深部甲烷天然氣的填充時間也需要2000年到6000年。

這個填充的年限來源主要根據(jù)以下兩方面：（1）陳家壩地下天然氣噴發(fā)中發(fā)現(xiàn)了17根直徑一米的古樹桿，經(jīng)過C14年齡檢測以后發(fā)現(xiàn)，其埋入地底的時間為5217±25年以前，屬于5200多年前的古木，而且在噴出了巖石中葉發(fā)現(xiàn)了這些古木的樹葉、枝干化石。說明5200多年前這里的地面曾經(jīng)被擠壓開、氣體和破碎巖石噴出地面、氣體在空中爆炸、地面物質(zhì)掉進地下深處、地面再閉合，發(fā)生過大地震，由此得出最高的年限，約為6000年。這些古樹桿同成都金沙遺址的烏木林是相同的，見附圖。（2）大量歷史文獻中記載的關于四川地區(qū)甲烷天然氣增減的情況，最早是在2000多年以前的西漢時期，所以得出最低的年限，約為2000年。

這與世界上關于龍門山帶大地震復發(fā)周期的研究相一致。

6、結(jié)語

以上從汶川地震所引起的現(xiàn)象上入手，察尋這些現(xiàn)象中的相關性，聯(lián)系汶川地震前后長時間的異常之處，筆者推測出汶川地震的成因是因為地下極高壓、高密度甲烷、天然氣體積脹裂圍巖、在斷裂運移、在地表噴發(fā)所致。

汶川地震形成機理和發(fā)生過程可以簡述為：在重力、構(gòu)造應力場與巖土體強度的配合和制約下，從地下深部，沿斷裂、不整合面或煤層等薄弱帶逃脫出的、快速上升、側(cè)升與膨脹的一股海量異常高壓氣體和受擠壓斷裂帶巖土體間的相互作用、絕熱變化瞬態(tài)完成過程。

汶川地震能源主要是地殼深部極高密度和壓強甲烷天然氣的體積膨脹能。高壓氣體快速降壓、體積膨脹，一定要吸熱。它們進入大氣后，可使得極震區(qū)地表空氣溫度降低、變冷。汶川地震過程是地表空氣立即降溫過程。地殼巖土體是被在其內(nèi)部薄弱地帶快速運移的、極高壓強的甲烷氣體主動膨脹，而被動地波動、變形、斷裂和位移。

從時空規(guī)律上看，汶川地震前夕四川盆地地底有一個天然氣充填的過程，天然氣儲量勘探與先前幾十年間有明顯的差異，強震復發(fā)周期為2000年到6000年。可以從宏觀上觀測地震頻發(fā)地區(qū)地底天然氣的增長狀況，將此作為臨震預測、預報的一個手段。

地震的成因是地下天然氣填充過多，導致體積膨脹、運移和噴發(fā)所致，因而只需要開采地下油氣，騰空淺層地層空隙、孔隙，讓造成的地震新來氣體在地下深部有空間儲存，也可大大降低地表地震、地質(zhì)災害，起到減災效果。

（此文根據(jù)香港大學岳中琦教授2013年《地學前緣》上發(fā)表的文章《汶川地震與山崩地裂的極高壓甲烷天然氣成因和機理》和岳教授2014年第三屆流體地球科學與巨型成礦帶及重大自然災害學術(shù)研討會的演講資料綜合而成，刊發(fā)前經(jīng)岳教授審定。）