堅(jiān)固體孕震模式的地磁日變化感應(yīng)電流異常證據(jù)與完善
——以2016年雜多6.2級(jí)、 2017年九寨溝7.0級(jí)和2017年米林6.9級(jí)地震為例

戴 勇 吳迎燕 馮志生 姚 麗 姜楚峰 孫君嵩 章 鑫 馮麗麗 李軍輝

1)內(nèi)蒙古自治區(qū)地震局，呼和浩特 010010 2)中國地震局地震預(yù)測研究所，北京 100003 3)江蘇省地震局，南京 210014 4)中國地震臺(tái)網(wǎng)中心，北京 100045 5)湖北省地震局，武漢 430071 6)廣東省地震局，廣州 510070 7)青海省地震局，西寧 810001 8)安徽省地震局，合肥 230031

0 引言

地球變化磁場來自太陽風(fēng)在電離層引發(fā)的環(huán)狀電流及其在地球內(nèi)部感應(yīng)產(chǎn)生的反向環(huán)狀感應(yīng)電流，該環(huán)狀電流每天對(duì)地球掃描一遍，其中心焦點(diǎn)隨太陽移動(dòng)； 電離層電流產(chǎn)生的磁場為外源場，地殼內(nèi)的感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁場為內(nèi)源場，也稱感應(yīng)場(徐文耀，2009； 趙旭東等，2014)。感應(yīng)場的分布取決于地殼和上地幔的電性結(jié)構(gòu)分布，當(dāng)?shù)叵赂邔?dǎo)體呈帶狀分布時(shí)，高導(dǎo)帶兩側(cè)變化磁場的重要異常特征是地磁場出現(xiàn)反相位變化，高導(dǎo)帶埋深越淺，垂直分量反相位變化越明顯、 水平分量越弱(徐文耀，2009)，德國北部(Untiedt，1970)、 日本北部(Rikitake，1966，1971； Rikitakeetal.，1985)、 中國甘肅東部(徐文耀等，1978)、 中國滇西地區(qū)(侯作中等，1984)和中國瓊中海峽(范國華等，1994)等地區(qū)均有該現(xiàn)象。變化磁場的這種畸變異常特征是其感應(yīng)電流集中分布于高導(dǎo)帶所致(徐文耀，2009)，因此，高導(dǎo)帶有時(shí)也稱為電流通道(范國華等，1994； 龔紹京等，2017)。在地磁領(lǐng)域，基于地磁測深原理的正反演技術(shù)(翁愛華等，2017)是研究深部電導(dǎo)率分布的主要方法； 地磁轉(zhuǎn)換函數(shù)法是反映電導(dǎo)率分布的另一種研究方法，且通過該方法獲得的“感應(yīng)矢量指向高導(dǎo)帶”等成果對(duì)本文研究具有重要意義(Chenetal.，2013； 王橋等，2016； 艾薩·伊斯馬伊力等，2020； 楊杰等，2021)； 基于變化磁場畸變異常對(duì)高導(dǎo)帶感應(yīng)電流進(jìn)行正反演的技術(shù)(范國華等，1994； 徐文耀，2009； 章鑫等，2019，2020)也是研究電導(dǎo)率分布的途徑之一，但總體上這方面的研究工作較少。

采用相關(guān)法處理和分析地磁垂直分量日變化數(shù)據(jù)，結(jié)果顯示中國大陸強(qiáng)震前2～3a震中附近有地磁日變化感應(yīng)電流分布異常，其典型特征是電流呈線狀集中分布并在約10d原地重現(xiàn)，即感應(yīng)電流線在二維平面空間分布上完全重疊，震中主要位于重疊段端部和約90°拐彎附近； 2009—2018年的資料統(tǒng)計(jì)表明，南北地震帶87%的重疊段出現(xiàn)后1.5a內(nèi)發(fā)生了6級(jí)以上地震，其中34%的重疊段出現(xiàn)后發(fā)生了2次6級(jí)以上地震，9%的重疊段出現(xiàn)后其兩端均發(fā)生6級(jí)以上地震(馮志生等，2020； 中國地震局監(jiān)測預(yù)報(bào)司，2020)。部分重疊段的走向與中—下地殼和上地幔高導(dǎo)層頂界面埋深等值線的走向一致，推測重現(xiàn)異常是來自震源下方中—下地殼和上地幔內(nèi)高導(dǎo)層的地震異常信息(馮志生等，2020； 姜楚峰等，2022)。地球深部速度與電性結(jié)構(gòu)勘探結(jié)果顯示，上地幔和中—下地殼是由高阻體與高導(dǎo)體相間分布組成，它們之間的電阻率有數(shù)量級(jí)差異，高導(dǎo)層也是由電阻率略有差異的高導(dǎo)體相間分布組成，姜楚峰等(2022)將高導(dǎo)層中電阻率略高的高導(dǎo)體稱為亞高阻體，認(rèn)為深部熱流體的上涌會(huì)導(dǎo)致殼幔高導(dǎo)層兩側(cè)的高阻體出現(xiàn)帶有上拱性質(zhì)的相互拆離滑動(dòng)，進(jìn)而導(dǎo)致高阻體周邊高導(dǎo)層內(nèi)的亞高阻體出現(xiàn)松動(dòng)，流體侵入亞高阻體導(dǎo)致其電阻下降，高導(dǎo)層內(nèi)形成短時(shí)間高導(dǎo)電流通道，每天當(dāng)環(huán)狀地磁日變化感應(yīng)電流掃描經(jīng)過高導(dǎo)電流通道時(shí)，感應(yīng)電流會(huì)呈線狀集中分布于此，并基于趨膚效應(yīng)分布于高導(dǎo)層的頂界面； 因此，震前出現(xiàn)的這種短期原地重現(xiàn)的線狀集中分布地磁日變化感應(yīng)電流異常的機(jī)理是地磁日變化信號(hào)探測發(fā)現(xiàn)了高導(dǎo)層出現(xiàn)的短時(shí)間高導(dǎo)電流通道，該短時(shí)間高導(dǎo)電流通道是由深部熱流體上涌導(dǎo)致上地幔和中—下地殼高導(dǎo)層兩側(cè)的高阻體內(nèi)出現(xiàn)的帶有上拱性質(zhì)的相互拆離滑動(dòng)導(dǎo)致的。李軍輝等(2021)還研究發(fā)現(xiàn)重疊段端部的重力會(huì)出現(xiàn)下降異常，推測重疊段端部是電阻率較高的區(qū)域，感應(yīng)電流經(jīng)過重疊段端部時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量熱量，進(jìn)而在該區(qū)域產(chǎn)生高溫高壓膨脹，最終導(dǎo)致其上方發(fā)生隆起。但依據(jù)以上重疊段異常的機(jī)理，深部熱流體上涌可能也是重疊段端部重力下降的主要原因之一。

由于重現(xiàn)異常是發(fā)生在震源下方中—下地殼和上地幔高導(dǎo)層的地震異常，姜楚峰等(2022)認(rèn)為其不同于震源附近及其震源至地表的地震異常，對(duì)推進(jìn)地震孕育與發(fā)生機(jī)理的研究可能有重要作用。本文在分析了2016年10月17日雜多6.2級(jí)地震(32.81°N，94.93°E)、 2017年8月8日九寨溝7.0級(jí)地震(33.20°N，103.82°E)和2017年11月18日米林6.9級(jí)地震(29.75°N，95.02°E)前出現(xiàn)的重疊段異?？臻g分布特征、 震前小地震活動(dòng)特征及與3個(gè)地震的關(guān)系后，結(jié)合重疊段異常的產(chǎn)生機(jī)理，進(jìn)一步完善了堅(jiān)固體孕震模式(梅世蓉，1995a)。

1 方法資料與處理結(jié)果

地磁日變化感應(yīng)電流線狀集中分布與短期原地重現(xiàn)異常的方法原理和采用資料與處理過程詳見馮志生等(2020)和姜楚峰等(2022)的研究成果。本文研究區(qū)的空間范圍為3個(gè)地震涉及的南北地震帶及附近地區(qū)，時(shí)間上自雜多6.2級(jí)地震發(fā)生前1.5a的2015年3月開始，到米林6.9級(jí)地震發(fā)生前的2017年10月結(jié)束，經(jīng)檢索發(fā)現(xiàn)，該期間的異常集中發(fā)生在2015年10月—2016年10月之間，共包括21條重疊段異常(表1，圖 1)。

表 1 地磁日變化感應(yīng)電流的線狀集中分布與短期原地重現(xiàn)異常參數(shù)Table1 Linear concentration distribution and short-term in-situ recurrence anomalies of induced current of geomagnetic diurnal variation

本文采用的地磁資料為中國地震局地球物理研究所國家地磁臺(tái)網(wǎng)中心提供的全國130多個(gè)地磁臺(tái)站每天的地磁垂直分量分鐘采樣序列，觀測儀器為磁通門磁力儀和FHD質(zhì)子矢量磁力儀，上述資料均由觀測單位進(jìn)行了剔除干擾等處理，并被用于日常震情跟蹤和科研工作。

圖 1 地磁日變化感應(yīng)電流的線狀集中分布與短期原地重現(xiàn)異常Fig. 1 Linear concentration distribution of induced current of geomagnetic diurnal variation and short-term in-situ recurrence anomalies.

圖 1 中的紅色粗線條為人工繪制的重疊段，由于2個(gè)日期的電流線在重疊段近乎重合，因此，重疊段基本覆蓋重疊處的2個(gè)日期電流線。本文所列震例中的重疊段與馮志生等(2020)、 姜楚峰等(2022)給出的對(duì)應(yīng)震例中的重疊段略有差異，出現(xiàn)這種差異的主要原因是重疊段判定標(biāo)準(zhǔn)的人為把握差異和進(jìn)一步剔除了干擾數(shù)據(jù)等，但這些差異沒有影響重疊段的總體分布(馮志生等，2020； 姜楚峰等，2022)，因此不影響本文的討論。

2 重現(xiàn)異常與高導(dǎo)層關(guān)系分析

馮志生等(2020)和姜楚峰等(2022)初步分析了單一重疊段與中—下地殼和上地幔高導(dǎo)層分布的關(guān)系，本節(jié)將分析重疊段的總體分布特征與中—下地殼和上地幔高導(dǎo)層分布的關(guān)系。圖 2 和圖 3 分別給出了21條重疊段異常的總體分布、 中—下地殼高導(dǎo)層頂界面的埋深分布和上地幔高導(dǎo)層頂界面的埋深分布(彭聰?shù)龋?018)。

圖 2 重疊段異常與中—下地殼高導(dǎo)層頂界面埋深及地震空間分布圖(據(jù)彭聰?shù)龋?018修改)Fig. 2 Overlapping segment anomalies，burial depth of the top boundary of high conductivity layer in middle-lower crust and seismic spatial distribution(Adapted after PENG Cong et al.，2018).

圖 3 重疊段異常與上地幔高導(dǎo)層頂界面埋深及地震空間分布圖(據(jù)彭聰?shù)龋?018修改)Fig. 3 Overlapping segment anomalies，the top boundary burial depth of upper mantle high conductivity layer and seismic spatial distribution(Adapted after PENG Cong et al.，2018).

圖 2 顯示，鄂爾多斯塊體周緣的重疊段走向與中—下地殼高導(dǎo)層頂界面埋深等值線的走向較為一致。其中，鄂爾多斯塊體北緣附近中—下地殼內(nèi)的高導(dǎo)層頂界面埋深為20～30km，南緣附近的埋深為20～50km。在(27°～33°N，95°～110°E)地區(qū)，重疊段走向與中—下地殼高導(dǎo)層頂界面埋深等值線的走向也較為一致，該地區(qū)的西部為雙殼內(nèi)高導(dǎo)層，其頂界面埋深為15～60km，東部中—下地殼的高導(dǎo)層頂界面埋深約為50km。在(35°N，100°E)以東附近區(qū)域，SN走向的雙殼內(nèi)高導(dǎo)層與重疊段的走向也有一定的一致性，該地區(qū)雙殼內(nèi)高導(dǎo)層頂界面埋深為15～60km。圖 3 顯示，上述地區(qū)的重疊段走向與其上地幔高導(dǎo)層頂界面的埋深等值線走向也較為一致，此處不再贅述。

圖 2、 3顯示，在(30°～40°N，90°～100°E)區(qū)域，NE走向的重疊段既沒有上地幔高導(dǎo)層頂界面等值線的走向與之匹配，也沒有中—下地殼高導(dǎo)層頂界面等值線的走向與之匹配。

2017年米林6.9級(jí)地震以東地區(qū)和2017年九寨溝7.0級(jí)地震以西地區(qū)的重疊段總體走向既與中—下地殼高導(dǎo)層頂界面埋深等值線的走向較為一致，也與上地幔高導(dǎo)層頂界面埋深等值線的走向較為一致。 上述地區(qū)中—下地殼內(nèi)的高導(dǎo)層頂界面埋深為15～60km，根據(jù)感應(yīng)電流的趨膚效應(yīng)，位于上述地區(qū)地磁日變化感應(yīng)電流重疊段的埋深最淺約為15km。

白玲等(2017)的研究顯示，米林6.9地震的震源深度為8～12km。楊宜海等(2017)利用近震全波形反演得到的九寨溝7.0級(jí)地震的震源深度約為22km； 梁姍姍等(2018)分別對(duì)主震后5min以內(nèi)、 8min以內(nèi)、 10min以內(nèi)和20min以內(nèi)的波形進(jìn)行反演，結(jié)果顯示九寨溝7.0級(jí)地震的震源深度約為15.5km，同時(shí)通過對(duì)比發(fā)現(xiàn)該結(jié)果與GCMT(Global Centroid-Moment-Tensor，全矩張量解)、 CENC(China Earthquake Networks Center，中國地震臺(tái)網(wǎng)中心)和USGS(United State Geological Survey，美國地質(zhì)調(diào)查局)給出的結(jié)果基本一致； 孫翔宇等(2020)基于電性結(jié)構(gòu)探測結(jié)果認(rèn)為，九寨溝地震的震源區(qū)位于高、 低阻交界區(qū)域的高阻一側(cè)，推測九寨溝地震的震源深度≤11km。

綜合上述結(jié)果表明，重疊段異常的總體走向與中—下地殼和上地幔高導(dǎo)層頂界面埋深等值線的走向較為一致，它位于震源下方的中—下地殼和上地幔高導(dǎo)層頂界面附近，該結(jié)論與馮志生等(2020)和姜楚峰等(2022)給出的觀點(diǎn)一致。

3 重現(xiàn)異常與地震的空間關(guān)系分析

強(qiáng)震發(fā)生前地震活動(dòng)有圍空現(xiàn)象，即地震空區(qū)現(xiàn)象。梅世蓉(1995a)依據(jù)地震空區(qū)等現(xiàn)象提出了堅(jiān)固體孕震模式。我們發(fā)現(xiàn)線狀感應(yīng)電流的重疊段及重疊段端部在空間上也有圍空現(xiàn)象。圖 4 給出了重疊段及其圍成的3個(gè)空區(qū)分布，圖 5 給出了重疊段端部及其圍成的3個(gè)空區(qū)分布。其中，藍(lán)色重疊段出現(xiàn)在雜多6.2級(jí)地震發(fā)生前，紅色重疊段出現(xiàn)在雜多6.2級(jí)地震發(fā)生后。

圖 4 重疊段、 重疊段空區(qū)及地震分布圖Fig. 4 Overlapping segments，gaps of overlapping segments and seismic distribution.

圖 5 重疊段端部、 重疊段端部空區(qū)及地震分布圖Fig. 5 Ends of overlapping segments，gaps at the ends of overlapping segments and seismic distribution.

圖 6 重疊段空區(qū)、 震前小地震空區(qū)及地震分布Fig. 6 Overlapping segment gaps and small earthquake gaps before strong earthquake and earthquake distribution.

圖 7 重疊段端部空區(qū)、 震前小地震空區(qū)及地震分布Fig. 7 Gaps at the ends of overlapping segments，small earthquake gaps before strong earthquakes and earthquake distribution.

圖 4 和圖 5 顯示，①號(hào)和②號(hào)重疊段空區(qū)與①號(hào)和②號(hào)重疊段端部空區(qū)在空間分布上一致，③號(hào)重疊段端部空區(qū)比③號(hào)重疊段空區(qū)范圍更大，主要是端部空區(qū)南部向S有所擴(kuò)大，該現(xiàn)象與2016年10月17日雜多6.2級(jí)地震發(fā)生前18d(9月25日與9月28日)發(fā)生的C狀重疊段異常有關(guān)(圖 1k)，該重疊段縮小了重疊段空區(qū)(圖 4)，且雜多6.2級(jí)地震和米林6.9級(jí)地震都發(fā)生在該重疊段上(圖 4)，該異常出現(xiàn)的時(shí)間距離發(fā)生雜多6.2級(jí)地震不到20d，距發(fā)生米林6.9級(jí)地震則有13個(gè)月24天?？傮w上，重疊段空區(qū)與重疊段端部空區(qū)在空間分布上比較一致。

由圖 4 和圖 5 可知，①號(hào)空區(qū)面積最小，未發(fā)生6級(jí)以上地震，僅于2017年6月3日在其東南角(37.99°N，103.56°E)發(fā)生過一次5級(jí)地震。①號(hào)空區(qū)未發(fā)生大地震的原因是否與空區(qū)面積小有關(guān)，可在未來的研究中進(jìn)一步分析。

雜多6.2級(jí)地震和九寨溝7.0級(jí)地震前也存在小地震空區(qū)異常。圖 6 和圖 7 分別給出了重疊段空區(qū)和重疊段端部空區(qū)與震前小地震空區(qū)的分布情況。其中，黃色實(shí)心圓為(28°～43°N，88°～110°E)范圍內(nèi)于2015年10月11日—2016年10月16日(即重疊段異常出現(xiàn)至雜多6.2級(jí)地震發(fā)生前)發(fā)生的ML≥3.5的地震震中； 灰色實(shí)心圓則為2000年1月1日—2015年10月9日發(fā)生的地震震中，其他參數(shù)同震前地震。需要特別說明的是，雜多6.2級(jí)地震發(fā)生后至九寨溝7.0級(jí)地震發(fā)生前，九寨溝7.0級(jí)地震震中附近的地震活動(dòng)分布在圖 6 和圖 7 的基礎(chǔ)上沒有出現(xiàn)新的變化。因此，圖 6 和圖 7 可以反映九寨溝7.0級(jí)地震震中附近的震前小地震活動(dòng)分布。

圖 6 顯示，在雜多6.2級(jí)地震震中以北區(qū)域和九寨溝7.0級(jí)地震震中西北區(qū)域分別存在1個(gè)地震空區(qū)，雜多6.2級(jí)地震和九寨溝7.0級(jí)地震既位于地震空區(qū)和重疊段空區(qū)邊緣，也位于2種空區(qū)的重疊部分； 米林6.9級(jí)地震位于重疊段空區(qū)的外緣，但米林6.9級(jí)地震前沒有地震空區(qū)，具體原因還有待進(jìn)一步研究； 另外，九寨溝7.0級(jí)地震前地震空區(qū)雖然與3個(gè)重疊段空區(qū)都有重疊，但與②號(hào)重疊空區(qū)的重疊面積最大。

4 重疊段空區(qū)機(jī)理的分析討論

重疊段空區(qū)的物理意義是什么？基于重疊段與高導(dǎo)層頂界面埋深等值線走向一致的現(xiàn)象，姜楚峰等(2022)認(rèn)為重疊段是高導(dǎo)層內(nèi)形成的短時(shí)間高導(dǎo)電流通道； 由于線狀集中分布感應(yīng)電流在重疊段端部分道揚(yáng)鑣，李軍輝等(2021)認(rèn)為重疊段的端部是高阻體。由于重疊段圍空區(qū)沒有重疊段分布，即重疊段圍空區(qū)沒有線狀集中分布感應(yīng)電流分布，因此本文認(rèn)為，重疊段空區(qū)就是一個(gè)高阻區(qū)，線狀集中分布感應(yīng)電流只能沿著高阻區(qū)邊界分布，或在高阻區(qū)邊界拐向其他方向，由此出現(xiàn)重疊段及其端部圍繞高阻區(qū)邊界分布的現(xiàn)象。

地震的成因至今仍眾說紛紜(杜建國等，2018)，但我們發(fā)現(xiàn)堅(jiān)固體孕震模式和重疊空區(qū)現(xiàn)象能夠很好地相互解釋。由于重疊段空區(qū)與地震空區(qū)在空間上有重合，因此，重疊空區(qū)與地震空區(qū)之間應(yīng)該有所聯(lián)系。本文認(rèn)為地震空區(qū)與重疊段空區(qū)是堅(jiān)固體不同物理探測方法的探測結(jié)果，反映了堅(jiān)固體在不同深度的分布范圍，其中，地震空區(qū)給出了堅(jiān)固體在中—上地殼的分布范圍，重疊段空區(qū)可能給出了堅(jiān)固體在中—下地殼和上地幔的分布范圍。首先，基于震前地震空區(qū)Q值較高、 震前小地震應(yīng)力降較高和強(qiáng)震都位于速度結(jié)構(gòu)的高速區(qū)一側(cè)等事實(shí)，梅世蓉(1995a)認(rèn)為震前地震空區(qū)就是堅(jiān)固體孕震模式中的堅(jiān)固體。本文認(rèn)為，由于重疊段空區(qū)是高阻體，而高阻與高速和高Q值是堅(jiān)固體不同物理性質(zhì)的反映(白武明等，2000； 金勝等，2010； 陳進(jìn)宇等，2017； 高春楊等，2020； 朱濤等，2020)，因此，地震空區(qū)和重疊段空區(qū)反映的都是高阻體； 其次，重疊段位于震源下方中—下地殼和上地幔高導(dǎo)層的頂界面(馮志生等，2020； 姜楚峰等，2022)，因此重疊段空區(qū)也位于中—下地殼和上地幔高導(dǎo)層的頂界面； 而中國大陸地震基本都是發(fā)生在中—上地殼(張國民等，2003； 薛艷等，2010)。因此，地震空區(qū)也位于中—上地殼，即重疊空區(qū)位于地震空區(qū)之下。

5 基于重疊段異常的堅(jiān)固體孕震模式的完善

依據(jù)梅世蓉(1995a)和梅世蓉等(1996)提出的堅(jiān)固體孕震模式，地震的孕育發(fā)生需要2個(gè)基本條件： 1)具有積累足夠彈性位能的條件； 2)具有能產(chǎn)生突然應(yīng)力降的條件。為滿足上述2個(gè)條件，既需要一定規(guī)模的震源體積，又需要震源體與周圍環(huán)境介質(zhì)存在力學(xué)差異。否則，能量無法在局部地區(qū)相對(duì)集中并產(chǎn)生突然應(yīng)力降。結(jié)合地震前普遍存在的環(huán)形地震活動(dòng)分布圖像(梅世蓉等，1996； 梅世蓉，1996a，b； 宋治平等，1999； 薛艷等，2018)，堅(jiān)固體孕震模式設(shè)置了A、 B 2個(gè)區(qū)域以滿足地震孕育發(fā)生的2個(gè)基本條件(梅世蓉，1995a； 梅世蓉等，1996； 宋治平等，1999)。地震孕育發(fā)生過程由早期、 中期與晚期震源活動(dòng)3個(gè)階段組成，歷經(jīng)數(shù)十年。A區(qū)為具有最大破裂強(qiáng)度或摩擦強(qiáng)度的堅(jiān)固體(硬包體)，相當(dāng)于震源體，它既可能是一個(gè)不存在宏觀破裂的較為完整的塊體，也可能是幾個(gè)強(qiáng)粘接的塊體集合或強(qiáng)活動(dòng)斷裂帶上的強(qiáng)閉鎖區(qū)，A區(qū)具有積累高應(yīng)力的有利條件； B區(qū)具有次于A區(qū)的破裂強(qiáng)度或摩擦強(qiáng)度，相當(dāng)于地震區(qū)或地震帶上震源體以外的地區(qū)，是一個(gè)介質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)都不均勻的空間，其中可能存在斷層或侵入體，B區(qū)有利于應(yīng)力的快速集中和多個(gè)應(yīng)力集中區(qū)的形成。

地震孕育發(fā)生的第1階段： B區(qū)應(yīng)力達(dá)到破裂強(qiáng)度時(shí)，開始發(fā)生黏滑或破裂，B區(qū)內(nèi)不同的應(yīng)力集中區(qū)陸續(xù)發(fā)生中小破裂，但A區(qū)則保持穩(wěn)定，從而出現(xiàn)一個(gè)中等地震環(huán)繞未來大地震震中的環(huán)形分布，環(huán)形內(nèi)部為空區(qū)，是主震震源區(qū)。第2階段： 當(dāng)應(yīng)力進(jìn)一步增強(qiáng)時(shí)，B區(qū)的地震活動(dòng)不斷加強(qiáng)，出現(xiàn)地震條帶和震群等現(xiàn)象，但B區(qū)發(fā)生地震所釋放的能量僅為積累能量的一部分，剩余部分將轉(zhuǎn)移到A區(qū)的震源體，并導(dǎo)致A區(qū)發(fā)生少量地震，從而出現(xiàn)早期震源活動(dòng)，空區(qū)縮小或消失。第3階段： 震源體外圍強(qiáng)烈的地震活動(dòng)使得震源體受壓而變得更為堅(jiān)固致密，由此導(dǎo)致地震活動(dòng)性由高轉(zhuǎn)低，再度出現(xiàn)空區(qū)； 在第3階段后期，應(yīng)力達(dá)到峰值前后，震源區(qū)內(nèi)外處于遠(yuǎn)離平衡態(tài)的臨界點(diǎn)附近，整個(gè)孕震系統(tǒng)處于不穩(wěn)定狀態(tài)。

堅(jiān)固體孕震模式中的堅(jiān)固體底部埋深一般在中地殼底部高導(dǎo)層的頂界面，如唐山地震(梅世蓉，1995a，b)和邢臺(tái)地震(梅世蓉，1999)，其硬包體底部埋深為20km。但依據(jù)本文前述結(jié)果，重疊段空區(qū)位于震源下方的中—下地殼和上地幔高導(dǎo)層的頂界面，因此，重疊段異常對(duì)堅(jiān)固體孕震模式的第1個(gè)完善內(nèi)容是： 硬包體底部埋深可能深達(dá)上地幔高導(dǎo)層的頂界面。

堅(jiān)固體孕震模式強(qiáng)調(diào)了深部熱流體的2個(gè)作用(梅世蓉，1995b，1999； 梅世蓉等，1996)： 1)上地幔熱流體上涌導(dǎo)致下地殼增溫及其體積膨脹，產(chǎn)生垂直向上和側(cè)向擠壓力的動(dòng)力學(xué)作用； 2)臨震階段熱流體侵入震源體孕震斷層的作用。

關(guān)于第1個(gè)作用，堅(jiān)固體孕震模式?jīng)]有給出深部熱流體上涌的震前直接證據(jù)。 依據(jù)相關(guān)研究的解釋(牛樹銀等，2003； 馮志生等，2020； 姜楚峰等，2022)，重疊段異常的物理意義是其探測發(fā)現(xiàn)了深部熱流體上涌導(dǎo)致上地幔和中—下地殼高導(dǎo)層兩側(cè)高阻體出現(xiàn)的帶有上拱性質(zhì)的相互拆離滑動(dòng)事件。因此，關(guān)于堅(jiān)固體孕震模式的第2個(gè)完善內(nèi)容是： 震前1～3a出現(xiàn)的短期原地重現(xiàn)的線狀集中分布的地磁日變化感應(yīng)電流，是堅(jiān)固體下方及其附近深部出現(xiàn)的熱流體上涌所致，它探測發(fā)現(xiàn)了深部熱流體上涌引起上地幔和中—下地殼高阻體出現(xiàn)帶有上拱性質(zhì)的相互拆離滑動(dòng)事件，該事件導(dǎo)致高阻體之間高導(dǎo)層出現(xiàn)短時(shí)間高導(dǎo)電流通道，這一發(fā)現(xiàn)是震前上地幔和中—下地殼深部熱流體上涌的直接證據(jù)，而重疊段端部的重力下降則可能是熱流體上涌導(dǎo)致地面隆起或密度減小(即熱輕物質(zhì)上升)的證據(jù)(張晶等，1998，2001； 張永仙等，2000； 祝意青等，2015； 李軍輝等，2021)。

若將圖 4 各重疊段理解為高導(dǎo)層兩側(cè)高阻體相互拆離滑動(dòng)事件的滑動(dòng)面，則這些重疊段就是堅(jiān)固體周邊中—下地殼和上地幔的高阻體對(duì)堅(jiān)固體的一系列帶有上拱性質(zhì)的推擠或撞擊的結(jié)果，每次推擠或撞擊的持續(xù)時(shí)間為1d至數(shù)天(每個(gè)重疊段異常是2次推擠或撞擊的結(jié)果)，具體持續(xù)時(shí)間視重疊段首尾2次感應(yīng)電流的時(shí)間間隔。這種推擠撞擊是堅(jiān)固體孕震模式中能量向硬包體集中和轉(zhuǎn)移的最直接、 最形象的解釋，其結(jié)果就是堅(jiān)固體的應(yīng)力越來越高，累積能量也越來越高。若地震空區(qū)的圍空地震是震前發(fā)生在中—上地殼的能量向堅(jiān)固體運(yùn)移的事件，那么重疊段異常則是發(fā)生在中—下地殼和上地幔的能量向堅(jiān)固體運(yùn)移的事件。

關(guān)于第2個(gè)作用，堅(jiān)固體孕震模式?jīng)]有給出臨震階段熱流體侵入震源體孕震斷層的具體作用，也沒有給出這方面的直接證據(jù)。近年來的研究表明，震源體孕震斷層內(nèi)的流體對(duì)地震的發(fā)生主要有2個(gè)方面的作用： 1)斷層內(nèi)的自由水將使斷層的摩擦強(qiáng)度降低； 2)斷層內(nèi)存在密封高壓流體，密封高壓流體的壓力隨著震源體壓力的增加而增加，斷層摩擦強(qiáng)度隨密封高壓流體壓力的增大而降低，當(dāng)密封高壓流體的壓力達(dá)到靜巖壓力時(shí)，斷層將突然滑動(dòng)，導(dǎo)致地震發(fā)生。依據(jù)上述第1個(gè)作用，深部上涌進(jìn)入震源體孕震斷層內(nèi)的高壓熱流體豐富了斷層內(nèi)的自由水，進(jìn)一步降低了斷層摩擦強(qiáng)度，促進(jìn)地震的發(fā)生，這可能是臨震階段深部熱流體侵入震源體孕震斷層內(nèi)的具體促震作用(Küsteretal.，1999； 周永勝等，2009，2014； 韓亮等，2012，2013； 張媛媛等，2012)。但是，斷層內(nèi)存在的密封高壓流體的壓力達(dá)到靜巖壓力導(dǎo)致的斷層突然滑動(dòng)則可能是導(dǎo)致地震發(fā)生的更為重要的原因。在臨震階段，震源體孕震斷層內(nèi)的各個(gè)密封高壓流體不會(huì)同時(shí)破裂，早期破裂的密封高壓流體會(huì)在斷層內(nèi)向周邊其他地方滲透，加之深部上涌進(jìn)入斷層內(nèi)的高壓熱流體及斷層內(nèi)原有的自由水，可能使得斷層內(nèi)遍布自由水，并在震源體孕震斷層內(nèi)形成具有臨震意義的高導(dǎo)電流通道。因此，臨震階段斷層內(nèi)的高導(dǎo)電流通道可能是真正意義上的臨震異常，這是重疊段異常對(duì)堅(jiān)固體孕震模式的最后一個(gè)完善內(nèi)容。發(fā)現(xiàn)臨震階段斷層內(nèi)的高導(dǎo)電流通道對(duì)地震的短臨預(yù)報(bào)具有現(xiàn)實(shí)意義。

6 結(jié)論

本文基于強(qiáng)震前1～3a出現(xiàn)的短時(shí)間原地重現(xiàn)的線狀集中分布地磁日變化感應(yīng)電流的重疊段圍空現(xiàn)象及其與強(qiáng)震前的地震空區(qū)關(guān)系，以及重疊段異常產(chǎn)生的機(jī)理，豐富完善了堅(jiān)固體孕震模式。獲得的主要結(jié)論如下：

(1)強(qiáng)震前1～3a出現(xiàn)的重疊段異常會(huì)出現(xiàn)圍空現(xiàn)象，重疊段空區(qū)是一個(gè)體量較大的高阻體，是堅(jiān)固體孕震模式中的堅(jiān)固體(硬包體)，重疊段空區(qū)和地震空區(qū)是堅(jiān)固體基于不同物理探測方法在不同深度分布范圍探測的結(jié)果，地震空區(qū)給出了堅(jiān)固體在中—上地殼的分布范圍，重疊段空區(qū)則給出了堅(jiān)固體在中—下地殼和上地幔的分布范圍。重疊段空區(qū)在震前1～3a出現(xiàn)，是孕震模式第3階段的異常； 地震空區(qū)在震前具有不同的階段性，如于震前數(shù)十年形成背景空區(qū)(梅世蓉等，1996； 宋治平等，1999； 薛艷等，2018)，于震前約1a再度形成空區(qū)。

(2)強(qiáng)震前1～3a出現(xiàn)的重疊段異常，是中—下地殼和上地幔高阻體之間出現(xiàn)帶有上拱性質(zhì)的相互拆離滑動(dòng)事件導(dǎo)致的高阻體之間高導(dǎo)層出現(xiàn)的短時(shí)間高導(dǎo)電流通道，其中，上述拆離滑動(dòng)事件是由深部熱流體上涌引起的。它是堅(jiān)固體孕震模式中發(fā)生在中—下地殼和上地幔的能量向堅(jiān)固體運(yùn)移的事件，而地震空區(qū)的圍空地震是震前發(fā)生在中—上地殼的能量向堅(jiān)固體運(yùn)移的事件。

(3)依據(jù)近年來的地震高壓流體實(shí)驗(yàn)結(jié)果，結(jié)合重疊段異常的機(jī)理分析認(rèn)為，臨震階段震源體孕震斷層內(nèi)的各個(gè)密封高壓流體不會(huì)同時(shí)破裂，孕震斷層內(nèi)原有的自由水、 早期破裂的密封高壓流體以及深部上涌進(jìn)入孕震斷層內(nèi)的高壓熱流體可能使得震源體孕震斷層內(nèi)遍布自由水，并在斷層內(nèi)形成有臨震意義的高導(dǎo)電流通道，該高導(dǎo)電流通道可能是真正意義上的臨震異常。顯然，發(fā)現(xiàn)臨震階段孕震斷層內(nèi)的高導(dǎo)電流通道對(duì)地震的短臨預(yù)報(bào)具有現(xiàn)實(shí)意義。

(4)重疊段異常探測發(fā)現(xiàn)的拆離滑動(dòng)事件位于震源下方，該現(xiàn)象類似慢地震帶位于地震帶下方的現(xiàn)象，盡管目前尚不清楚慢地震與其上方地震的關(guān)系，但有學(xué)者認(rèn)為滑移事件在閉鎖板塊表面產(chǎn)生了應(yīng)力積累，滑移事件可能觸發(fā)一次破壞性地震，即陣發(fā)性震顫和滑動(dòng)的高發(fā)期可以產(chǎn)生一個(gè)地震的高發(fā)時(shí)段(Rogersetal.，2003； 高翔，2017； Gaoetal.，2017)。以上有關(guān)慢地震的觀點(diǎn)和地磁日變化感應(yīng)電流線重疊段異常與地震的關(guān)系很類似，重疊段異常探測發(fā)現(xiàn)的拆離滑動(dòng)事件可能是大陸下方有熱流體上涌運(yùn)移參與的類似板間慢地震或慢滑移(尹海權(quán)，2017)，但這個(gè)推測還需要基于測震學(xué)原理的研究結(jié)果加以論證。

致謝全國地磁數(shù)據(jù)由中國地震局地球物理研究所國家地磁臺(tái)網(wǎng)中心提供； 斷裂數(shù)據(jù)來源于《中國活動(dòng)構(gòu)造圖(1︰400萬)》(鄧起東等，2007)； 文章部分圖件采用GMT繪制(Wesseletal.，2013)； 審稿專家對(duì)本文提出了寶貴的修改建議。在此一并表示感謝！