孫曄
地震是壹種地質現象，是地殼運動的壹種表現。強震往往是地殼劇烈運動的表現之壹。地震的孕育、發生和發展過程實質上是地應力積累、降低和釋放過程的壹種表現，是該地區地應力狀態超過巖石強度而導致破壞的結果。發生時往往以機械能的形式釋放出來，從而引發振動，能量降低，震源區應力不再那麽集中。地應力場重新調整後，孕育下壹次地震。因此，地震預報應牢牢把握構造系統活動和地應力場這壹根本問題，重視地應力和能量的集中及其發展變化規律，同時重視巖石力學性質的研究。
研究現今區域地應力場的方法很多，所選用的方法也各不相同。本文主要從地質力學的角度出發，以構造體系為基礎，研究現今構造運動，確定地塊邊界外力的方式和方向，配合模擬實驗，將構造體系的活動與地應力場的研究緊密有機地結合起來，從而獲得地應力場的輪廓，用實測地應力資料檢驗和驗證地應力場的可靠性。在查明當前區域地應力場的前提下，再進行地震預測。地應力場是壹個既有力又有介質強度的問題，即除了研究地應力的變化規律外，還要討論巖石的力學性質。限於篇幅，本文暫不討論，即假設塊體具有均勻的巖石力學性質。
本文以構造地震為前提，嘗試探索地震預報的途徑，擬出以下五個步驟。為了闡明問題，將根據華北、北京、天津的壹些實際數據，按其步驟的順序進行分析和討論(由於研究程度的地方性體系，主要討論前三個步驟)。
先搞清楚構造體系，選定地塊邊界。
從地質力學角度研究地應力場，往往是以地質構造體系為基礎的，所以首先要搞清楚構造體系的分布。根據地震地質工作的特點，不僅要了解構造體系的平面分布，而且要查明深部變化；不僅要了解空間分布規律，還要及時摸清其發展變化情況；不僅要弄清研究區的時空變化規律，還要了解廣大外圍地區的地震地質特征。比如北京的結構體系，前人已經研究的很詳細了。根據近年來深部地質構造研究成果(圖1)[9，10，15]，孔德拉界面深約20km，莫霍面深約35km。地面上看到的東西向構造帶和新華夏系主斷裂帶，向下延伸時與康德拉界面和莫霍面斷開，壹般為深部的垂直斷層。值得註意的是，康德拉界面附近的軟流圈上方的壹些殼層有明顯的厚度變化，像沿軟流圈表面滑動形成的褶皺，軸向為北北東向，與新華夏構造方向壹致，這可能表明在20km左右的深度仍有褶皺和斷層，只有40km左右的深度有斷層活動。
圖1北京地區莫霍面構造示意圖
為了更好地研究區域構造體系的現今活動，系統地研究地質歷史時期的活動是有益的，研究古構造類型、燕山運動時期、近地質時期和現代構造體系的發展變化是重要的，因為現今活動構造體系與其密切相關，是地質歷史過程的延續，是發展變化的必然結果。例如，華北地區地質構造在地殼運動不同時期的發展變化可分為五個階段[214]:
(1)晚元古代以前的古構造體系以古老的東西向構造帶為主。在上述背景下，壹些地區出現了東北構造帶。值得註意的是，郯廬斷裂帶此時已顯示出來(圖2)。
(2)晚元古代古構造體系的基本骨架與前期古構造體系大致相似，仍以原東西向隆起帶和沈降帶為主。原華夏方向的隆起帶，處於輔助位置，斷續穿插，郯廬斷裂繼續發育(圖3)。
(3)在晚古生代至印支期的古構造體系中，除東西向構造外，NE向構造進壹步加強，NE向構造開始發育。這壹時期可分為三個發展階段(圖4):①石炭紀和二疊紀，經歷了中奧陶世以後的長期風化剝蝕，中石炭世重新接受沈積。當時的古地形和構造有東西分帶的趨勢，東西隆起帶和沈降帶仍占主導地位，但NE-NNE向構造也占有壹定的位置。在山西、河北交界處出現了來自NE向的單梯隊褶皺軸，總體呈NE向，表明其雛形可能是由NE向構造發育而成，也表明齊魯系東翼可能受到了影響。(2)中生代早期的印支運動繼續發展了本區的構造，形成了以ne、NNE向為主的構造線，全區主要受EW向和NNE-NNE向構造控制。③印支運動後形成的早侏羅世孤立煤盆地方向，部分與印支構造線壹致；其他人從東北轉向東北；有些盆地群也略有鵝的特征。
圖2華北晚元古代以前的古構造體系輪廓
圖3震旦紀海底古構造體系概述。
圖4晚古生代至印支期古構造體系概述
(4)燕山期構造體系主要包括帶狀構造帶、華夏系、新華夏系和齊魯系等。帶狀構造帶表現為北強南弱，陰山帶狀構造帶的活動性仍然明顯。華夏系明顯弱化，齊魯系進壹步發展形成，而新華夏系廣泛發育，幾乎遍布全區，在陰山帶狀帶也受到新華夏系斷裂的切割，在部分地區兩者之間存在聯合現象，與郯廬。
(5)在現代地質時期活動的構造體系中，陰山帶狀構造帶的活動減弱，整個地區以新華夏活動為主。由於齊魯系東翼的活動特征與新華夏系基本相同，往往又重新連接並進壹步加強，往往與地震、火山、溫泉的分布密切相關(圖6)。
通過對華北地區構造體系的地質歷史發展分析，可以看出東西向構造發展最早，在晚古生代及以前的地質時期壹直占據主導地位，逐漸讓位於華夏系和新華夏系。華夏系形成早於新華夏系，後者可能是由前者發展而來。燕山運動後，新華夏系在全區確立了主導地位，A在近地質時期得到進壹步發展。郯廬斷裂帶早在晚元古代就已出現，當時的體系歸屬有待進壹步研究。燕山運動後，被卷入新華夏系，隨著地質發展的進程，日益強大。根據整個地區構造體系的地質歷史發展趨勢，很容易推斷出活動構造體系——新華夏系壹定占有重要地位，這也符合現今構造體系是活動的(詳見下壹節)，因此研究地質構造的歷史發展具有現實意義。結合對該區深部地質構造的研究可以看出，莫霍面的隆起、凹陷和斷裂主要有東西向和北東-北東向兩組，它們可能長期控制著整個地質歷史過程的發展變化，也是該區最重要的兩組構造特征。
圖5燕山期構造體系示意圖
圖6現代地質時期活動構造體系示意圖
研究外圍區域的重要性早已被大家所重視。比如京津地區是廣袤華北的壹部分，兩者之間的地殼運動特征明顯壹致。有些地區雖然各有特色，但絕不會和外圍地區沒有關系。
用地質力學的觀點研究地應力場，必然會涉及塊體邊界的問題。陸地邊界選取是否合理，關系到地應力場的研究。壹般要求邊界形狀簡單，邊界力單壹且均勻，或有明顯的變化規律，對應的邊界力特征壹致，以便於模擬、計算和討論。通常可以選擇大規模的結構不連續面(如斷層帶)或巖石力學性質突變的區域。比如華北可以分為秦嶺帶和陰山帶為南北邊界，郯廬斷裂帶為東邊界，齊魯系東翼為西邊界，邊界兩側對應的力和方法基本相同。
第二，研究構造體系的現今活動性，確定地塊邊界外力的方式和方向。
研究構造系統的現今活動，要註意不同地質歷史時期構造活動的發展變化，重點研究其現今活動的特征。主要目的是找出作用在塊體上的力，以及外力作用在塊體邊界上的方式和方向，為模擬實驗提供依據。研究今天的構造運動有很多手段。這裏有壹些例子。
(A)地應力
根據近年來華北地區的地應力測量結果[8]可以看出，所有方向都是壓應力，最大主壓應力除個別位置的方向可能受附近斷層或其他局部因素影響外，多為西北方向，反映了現今以新華夏系為主的地應力活動(圖7)。
(2)地形變化
華北地區1953至1972地形圖(圖8)[11]顯示活動構造體系眾多，其中新華夏系最為發育，遍布全區，現今活動十分顯著。主要構造呈北北東向展布，自西向東依次為:山西隆起帶、華北沈降帶、郯廬斷裂帶、膠遼隆起帶等。鄢陵的次級隆起、凹陷和斷裂使其復雜化。總體布局顯示，地塊呈區域性逆時針直線扭轉。
(3)斷層位移測量
根據京津地區斷層位移的測量結果(圖9)，表明該斷層兩個板塊的相對運動具有壹定的規律性[4-11]，大部分具有明顯的年周期變化。通過比較不同年份和同壹月份對應的曲線峰谷值，計算出各斷層的運動趨勢，與南北逆時針扭轉後加載模擬實驗中的斷層位移基本壹致，即總體走向約為N N10 E的斷層發生了扭轉；在N30°E附近和東風角較大的傾向於順時針扭轉；近東西向斷層有較大的前後扭轉量；北西向斷層不僅順扭性大，而且具有伸展性。從垂直位移來看，北北東向新華夏主斷層的相對垂直斷距也大於其他構造體系，表明現今斷層位移活動與新華夏的應力活動方式基本壹致。
華北地區實測最大主壓應力方向平面圖。
圖8華北地區1953 ~ 1972地形圖。
圖9京津地區斷層位移圖
通過上述斷層位移測量和模擬實驗，初步發現北北東向斷層多為北扭，北北東向斷層多為正扭。如果這條斷層的走向稍有變化，扭轉方向就會反方向變化，這很可能是新華夏系應力活動的結果(圖10)。當塊體邊界受到南北向扭轉時，內部主壓應力壹般為西北方向(如N70°W時)，則東北方向的斷層以壓性為主，N20°E方向的斷層與主壓應力方向垂直，當時以壓性為主，不扭動；小於N20°E——對於NNE走向的斷層(如n 10° E)，與主壓應力方向相交的銳角為扭轉方向，應為逆扭轉；而走向超過N20°E-NNE(如N30°E)的斷層和走向NNE-NEE的斷層與主壓應力方向的銳角相反，所以應該是順時針方向。上述規律不僅與該地區斷層位移的測量結果基本壹致，而且與近年來華北地區發生強震(如邢臺地震、唐山地震)時的地殼形變和扭轉方向壹致。
圖10地塊邊界南北向反轉時內應力與斷層位移關系示意圖。
(4)地震活動
華北地震非常活躍。根據現有統計[11]，發生過66次以上≥6級的* * *地震，呈壹條NE向帶狀排列，與新華夏斷裂帶分布壹致。自西向東可分為:①山西海槽地震斷裂帶，從大同至臨汾，與齊魯系東翼重新連接；②華北平原地震斷裂帶，從唐山經河間到邢臺；③營口、渤海、臨沂、郯城地震斷裂帶。上述地帶的許多破壞性強震的極區烈度等值線長軸。多為北北東向或近北北東向，壹般與震中的新華夏斷層平行。極端地震區的構造地裂縫帶也以北北東向為主，或與新華夏支撐構造壹致。
近年來，該地區發生了壹系列破壞性強震，如邢臺地震1966年7.2級，河間地震1967年6.3級，渤海地震1969年7.4級，海城地震1975年7.3級，唐山地震1976年7.8級。以1966邢臺地震和1976唐山地震為例，進壹步分析了現今構造活動。
邢臺地震(1):地震帶A附近的隆起帶和凹陷帶由NE-NE向的雁列隆起和凹陷組成，總體排列為N30°E，與主斷層平行。震後地表裂縫以NNE向為主，與極端地震區等烈度線的長軸方向壹致。根據地震前後地形變測量結果(圖11)，下降帶、上升帶和活動斷層的總體走向為N30°E，與原構造線方向壹致，最大相對下降幅度大於-440 mm，主斷層周圍的水平形變矢量表明整個地塊呈順時針方向旋轉。
圖11 1966邢臺地震前後地形圖。
(2)唐山地震:極震區等烈度線長軸和地裂帶走向均為北北東向，與新華夏系唐山-陡河斷裂帶重合。極端地震區構造地裂縫帶位於唐山市東南部，向郊區延伸，長約11km，總體走向約為N30°E(圖12)。它由N50°E左右的扭性地裂縫和N15° E左右的擠壓逆掩構造組成(圖65438+)各扭性地裂縫順時針方向扭轉，水平扭矩0.4 ~ 1.5m，呈左梯隊狀。壓性構造也是左側鵝。表明地裂縫是壓性和扭性的。唐山市東部灤縣安各莊公社鳳凰山-三山院地裂帶，總體走向約為n 15° E，逆時針扭轉。
圖12唐山地震極震區構造地裂縫帶平面圖
圖13唐山市復興路土產公司附近震後地面變形示意圖。
當上述不同走向的斷層和地裂縫帶從N30°E變化到n 15° E時，扭轉方向相反，前者為正向扭轉，後者為反向扭轉，與上述斷層位移測量和模擬實驗結果壹致。還表明現今的構造活動主要是新華夏期的，地震活動與新華夏期的斷裂活動密切相關。
綜上所述，華北及京津地區現今的構造活動主要是新華夏系，塊體邊界的外力主要是南北向的扭轉運動。
第三，分析地應力場，尋找地應力可能集中的位置，測量地應力，驗證確認地應力和能量集中的位置。
地應力場的分析和研究是壹個復雜的問題，因為目前還不能找出影響地應力場的所有因素，也無法進行大量的地應力測量。因此，目前的做法是選擇地塊，確定邊界條件及其應力狀態，根據相似理論和量綱分析進行模擬研究，從而獲得區域地應力場的初步輪廓，然後用實測地應力值進行檢查驗證，使其盡可能符合現場情況。前者用數學力學計算應力場。後者使介質能夠了解相似條件下應力場的特征。通過對京津地區半定量性質的局部近似物理模擬，用光彈性法和明膠網格法模擬了新華夏系的應力活動模式。兩種方法的實驗結果大致相似，與實測地應力值對應良好，最大主壓方向基本壹致。同年測得的地應力值的相對大小也與實驗結果大致壹致(圖14；表1)[8，11]，因此可以作為討論地應力場的參考。
表1京津地區實測地應力與模擬實驗結果對照表(單位:0.1MPa)
(根據國家地震局地震地質大隊和地質力學研究所資料對比表)
巖石的力學性質是應力場研究的壹個重要方面。在北京和天津地下10 ~ 40km附近，波速在垂直方向上變化明顯，在水平方向上略有變化。深度大於5km時，巖石的力學性質變化明顯，尤其是近地面處，巨厚松散堆積物的力學性質與基巖有很大差異。影響該地區巖石力學性質的因素及其變化都是今後需要研究的課題。
京津區域地應力場特征主要表現為新華夏系應力活動方式:①最小主應力跡(即實驗中的拉伸方向，相當於地質構造中的擠壓結構面走向)，壹般為北北東向。在北京附近的NE向斷層發育區，道線全部轉向NE，在NW和EW向斷層兩側道線交錯，方向變化不大；各向同性點常出現在山墻結構的弧形彎曲段和斷裂交接處。②相對於等值線的最大主壓應力和相對於等值線的最小主壓應力的主軸也在北北東向延伸。北京東北部山墻弧頂部被新華夏系切割的地方是高應力區；其次，北京西南的斷層交匯處；北京西北部應力值較低，少數高值點分散。③最大剪應力主要集中在特定斷層的交匯處，特別是東北和西南方向。(4)值得註意的是，歷史強震震中與能量集中地的對應關系非常壹致，大多位於能量集中地。比如北京東北部有大面積的高濃度區，也就是1679三河平谷8級地震的震中；再比如固安6.7級地震1057，淶水6級地震1658，沙城6.7級地震1720，懷來6.5級地震1337。地應力能量集中的位置往往預示著強震發生的位置，可能受到該區域地應力場的制約。
圖14京津地區模擬實驗圖(根據國家地震局地震地質大隊數據)
雖然上述區域地應力場的特征已被壹些實測地應力值所驗證，但地應力和能量集中的位置還需要進壹步的工作來檢驗，最好在應力和能量集中區及其鄰近地區同時測量，才可靠。
第四，討論地應力和能量集中的地方的地震地質特征及其可能的增減和釋放方式，尋找可能發生破壞性地震的地方。
當可靠地找到原地應力和能量集中的位置時，可能無法準確地預測地震。因為地應力和能量集中是壹回事，如何降低和釋放是另壹回事，降低和釋放的速度又是另壹回事[6，]7。這裏要重點研究地應力和能量集中位置降低和釋放的方式和速度，才能更好地找到可能發生破壞性地震的位置。
研究地應力和能量的降低和釋放方式，其實質是研究地殼運動的表現形式，如:①斷層兩側沿斷層面緩慢蠕動；(2)地面進行小幅度、大面積的升降；(3)局部地殼撓曲等。這些地殼形變現象都是能量和地應力降低釋放的表現，往往不伴有破壞性強震。此外，應變能還可以轉化為其他物理能量(如熱能)來釋放或減少，並不壹定伴隨著毀滅性的地震。地震(指構造地震)往往是特殊地質和構造條件下能量釋放的壹種表現。可見，地應力和能量的降低和釋放有多種形式，地震只是其中壹種。識別和預測地震釋放形式，不僅要加強地應力場、地震地質和地質構造條件的研究。還應註意地球物理場和化學場的各種特征。
即使已經確定地震會降低和釋放地面應力和能量，也要看降低和釋放的速度以及每次的大小和量。如果連續低能量多次釋放，可能形成小震群，不會造成大的地震災害。如果壹次性集中大量能量突然釋放，往往會造成破壞性地震。
顯然，降低和釋放上述地應力和能量的方式及其速度是多種多樣的，在地震預報中也應加以研究和識別，但它們與所在地區的地質條件密切相關，並受該地區地應力場的制約。
五、監測地震危險區，提出地震預報意見。
地震危險區、危險地段和危險位置的監測工作往往是在地震地質工作的基礎上進行的，是在研究當前區域地應力場的基礎上提出的。目前在研究區域地應力場時，往往是利用幾年、幾十年甚至上百年的地形形變、地震活動等相關資料，結合模擬實驗來研究相對變化的地應力場特征，並以實測地應力的絕對值來驗證。目的是研究區域地應力場的總體特征及其應力和能量的相對集中程度，從而提出地震易發區，進行中長期地震預測。監測地震危險區，應研究現今地應力場隨時間和地震發生的發展變化。本文討論幾個相關問題。
地應力研究站位置的選擇:根據區域地應力場的初步工作成果，可以看出該區域地應力背景值變化規律，而附加應力值在背景值的基礎上有所增大或減小，不同部位增大或減小的幅度不同。當塊邊界外力的模式和方向不變，力的大小有增有減時，場內各處的變化速度不同；如果外力的方式和方向發生變化，場中各處的應力變化越來越大。因此，需要研究在不同條件下地應力變化明顯、較大的地方和關鍵部位設站，同時考慮全區地應力場的各種變化，綜合考慮觀測網的布設，而不是簡單地按大致等距離布置測站密度，即考慮構造體系和地應力場的整體情況， 為了了解各臺站地應力變化與外力變化的關系，進而了解地應力場的變化，為地震預報提供依據。
地應力站的任務不僅是及時獲取觀測數據，而且在目前地應力觀測系統還不完善的階段，要加強研究和改進，提高觀測質量。可以在壹個地區建立壹個中心研究站，集中力量，創造條件，更加加強研究工作。附加應力場的研究工作應盡快提高到絕對應力場的研究軌道，因為增加值不等於絕對值，當增加值變化較大時，絕對值不壹定達到巖石的斷裂強度極限；當增加值變化很小時，有可能使絕對值達到巖石的斷裂強度極限，從而發生地震。
地震短臨預報應走向地應力場分析，不應長期停留在簡單的“曲線分析”階段。地震前，該地區有許多地應力和能量集中的部位，在空間上看似相互隔離，但實際上受統壹的地應力場控制，內部有聯系。在分析震前異常時，要考慮到異常部位不壹定是發震位置。更重要的是，不要把異常臺站的附加地應力值相加，無條件、無限制地滿足它們，就能找到所謂的發震位置。大地震發生時，必須對地應力場進行全面調整，即調整整個場的應力。有的地方應力增大，有的地方應力減小，甚至原來應力集中的部分消失，調整後變成應力不再集中的部分。總之，震後效應促進地應力場調整的現象是存在的，因此區分震後效應與震前異常是非常重要的，對預防和減少震後假報、謊報問題具有現實意義[3、]5。
可以預見，即使對地應力的觀測和分析能夠真實地反映震前異常和相關前兆，即地震的地應力和能量積累過程，地震也不會萬無壹失地發生，即使發生也不壹定達到預測的情況；另壹方面，任何可靠的預測手段都必須在地震前有明確的反映。至於反射程度，是由震級和當地地質條件決定的[6]。
由於地震短臨預報基礎的應力曲線分析，很容易區分發震時間和震級；預測地震的位置往往是非常困難的，因此前面的討論集中在地震位置的相關問題上。目前我國地震預報需要對時間、地點、震級三個要素的意見。隨著預報水平的提高和工程建設的需要，可能需要很快預報地震烈度。今後要加強對震源深度、地表地質、地下水埋深等影響地震烈度的各種因素的研究和資料積累，為預測地震烈度做好必要的準備。
不及物動詞結論
(1)本文在學習李四光教授關於地震地質學論述的前提下，試圖將活動構造體系與地應力場研究緊密有機地結合起來，從研究地應力場的途徑探索地震預報。
地應力場的研究是壹項基礎工作，它不僅對地震預報有重要意義；對礦山開發、工程建設、地下工程建設等具有直接的現實意義。它還可能對地下液態和氣態礦產資源的遷移、富規律和地熱資源的分布產生壹些影響。
(2)本文將地震地質工作初步歸納為五種工作方法和步驟，不夠全面，如發震場地深部地質；巖石力學性質及其影響因素與地應力場密切相關，在地震預測中至關重要，需要進壹步研究。為了充分有效地做好地震預報的準備工作，除了地震監測和前兆預報的必要工作外，當前還應加強活動構造體系和地應力場的基礎研究工作。基礎紮實了，地震預報水平才能穩步推進，才能真正提高。
參考
[1]中央地震工作組辦公室。中國地震目錄。北京:科學出版社，1971。
長春地質學院地質力學系。中國的地域結構。北京:地質出版社，1979。
王人等。固體力學基礎。北京:地質出版社，1979。
王宗賢等。北京地區的斷裂活動。地球物理學雜誌，1978，第21卷，第4期.
北京大學地質系地質力學。地質力學課程。北京:地質出版社，1978。
李四光。關於地震。北京:地質出版社，1977。
李四光。地震地質學。北京:科學出版社，1973。
華北地區地應力測量。地球物理學報，1979，第22卷，第1期。
邵學忠等。北京地區康莊-大廠地震轉換波測深剖面實驗。地震學報，1979，第1卷，第1期。
國家地震局地震地球物理大隊。洞庭-張家口測深剖面。地震前沿，1977，2期。
國家地震局地震地質大隊。中國某地區現今區域地應力場的初步探討。見:地質力學論文集，第三集。北京:地質出版社，1979。
許道。應力分析。北京:科學出版社，1962。
[13]黃清華。雁行褶皺結構類型的解析理論與實驗探討。中國科學，1974，第5期.
[14]崔等。廖燕及鄰區古構造體系研究。載於:國際交換地質學論文集(1)。北京:地質出版社，1973。
[15]滕繼文等.北京、天津唐山、張家口地區的地殼結構。地球物理學雜誌，1979，第22卷，第3期.
關於地震地質工作的壹些設想
孫曄
地震地質學的首要任務是研究構造系統的活動，進而研究它們的應力場，進而進行地震預報。以華北和京津地區的資料為例，闡明了目前流行的研究區域應力場的方法。結果表明，本區目前的活動構造體系主要是新華夏系，該地塊的邊緣外力為逆時針南北向剪切。指出目前應加強區域應力場和活動構造體系、巖石力學和深部地質學的基礎研究工作。