印度尼西亚地震与火山灾害链系统的研究
陈 立 军
摘要：本文依据作者自创的地震地热说理论体系，采用美国加利福利亚地震中心关于印尼的M 4.0+地震目录，确定了研究区地震与火山的地理分布与三维空间分布特征，划分了7个地震子柱构造，拟定了地震柱构造的全息理想模型，定义了壳内强震与火山喷发灾害链和壳下地震的活动度两个概念，对于与印尼研究区直接相关的6个子柱构造进行时序图像分析和活动度的年度解析与差分解析，在此基础上制定了壳内强震与火山喷发的预测模型和研究方案，可供印尼地区、西太平洋地区、西南太平洋地区以及南美洲西海岸的深源地震柱构造的研究参考。
关键词：地震地热说，地震柱构造模型，壳下地震活动度，壳内强震与火山喷发灾害链，印尼
1 前言
全球第16 #印度尼西亚地震柱构造（Seismic cone tectonic，简称SCT）的影响区位于85°～138° E、-16°～10° N，如图1所示。印尼地震柱构造属于全球的深源地震柱构造之一，最大震源深度675 km，也是全球壳内强震与火山喷发最为活跃的地震柱构造之一。
本文按照作者所自创的地震地热说原理与工作方法研究[1-8]，旨在寻求研究区内的壳内强震和火山喷发与地震柱构造之间的关系，试图建立灾害事件的预测模式，即壳内强震与火山喷发灾害链，或许有益于全球地震与火山灾害事件预测的经验积累，造福于人类大众。
2 资料与工作方法
研究区的地震资料，来自美国加利福尼亚地震中心的ANSS地震目录，共获得研究区内1963-2025.5.8的M 4.0+地震82, 390个，其壳下地层分布见表1。根据本区地震活动的三维立体图像分布，又划分出了InA～InG等7个研究分区，即7个地震子柱构造，如图1所示。这些子柱构造形态不一，都具有各自独特的立体形态（图2）和壳内强震、火山喷发与壳下地震共生的灾害链系统（Disaster Chain System，简称DCS，见图3），带有特殊的研究意义。
地震与火山灾害链系统由地震柱构造内的壳下地震（震源深度大于35 km的地震）、壳内强震（深度小于35km，M 7.0+或者M 6.5+）、地表发震构造体系（扭动构造、逆冲构造等）、习惯性的或者新生的火山通道等等地质元素所组成。
子柱（sub-SCT）的影响区不是固定地块，范围可大可小，依据研究目标而定，但核心柱体区不变。子柱构造的核心，是由壳下地震主宰，而并非由地表地震图像确定的。最精细的子柱构造为单体子柱构造，具有独立的活动模式，不为邻近子柱构造所干扰。
本文采用地震地热说的传统工作方法，即利用壳下地震的时序图追踪壳内强震和火山喷发事件的关联，寻找预测模式。同时，本文采用傅里叶频谱分析，希望寻找地震和火山灾害链与地球章动的某种关联。
表1 印尼地震柱构造壳下地震活动的分层一览表
Table 1 Presents a hierarchical overview of seismic activities of subcrustal earthquake in the seismic cone tectonic in Indonesia.
图1印度尼西亚地震柱构造区划图
（资料源自美国ANSS地震目录，1963-2025.5.8，M4.0+）
Figure 1: Seismic cone tectonic zoning map of Indonesia SCT
(Data from the US ANSS Earthquake Catalogue, 1963-2025.5.8, M4.0+)
图1说明：墨绿色圆圈为深度35 km以内的壳内陆震，墨绿色圆点为深度35-100 km内的壳下地震（下同），天蓝色圆点为深度100-300 km内的地震，蓝色圆点为深度300-500 km内的地震，橘色圆点为深度大于500 km的地震，最大深度约675 km。
红色圆球为1963-2025年发生过的M 7.0+壳内强震（震源深度0-35 km），计57枚。红色三角形为1963-2025喷发过的火山，VEI 3+，计26枚。红色虚线为苏门答腊断裂带。
实线多边形为子柱构造（sub-SCT）影响区示意图，编号为：InA、InB、InC、InD、InE、InF和InG。
子柱（sub-SCT）的影响区不是固定地块，范围可大可小，依据研究目标而定，但核心柱体区不变。
图2 印度尼西亚地震柱构造子柱的立体图像
Figure 2 Stereoscopic image of the sub-SCT in Indonesia SCT.
图2说明：子柱（sub-SCT）构造是相对而言的。比如，为了更加精细地研究某个壳内强震或者某个火山的成因，相关子柱构造可以继续分解为若干个子柱构造，避免邻近子柱的干扰。子柱构造的核心，是由壳下地震主宰，而并非由地表地震图像确定的。
图3地震柱构造或者子柱构造的理想模型与灾害链系统示意图
Figure 3 shows the ideal model of SCT or sub-SCT
and the schematic diagram of the disaster chain system.
图3说明：SCT是一个个倒立的圆锥体，由影响区内的总体地震的震源体密集充填而成。A区为SCT在地表的核心影响区，B区为稳态母线的横断面。所谓“稳态母线”是指母线连续，没有缺震的情况。锥体母线关于出地点O对称，过中心轴OZ有任意多对。A区半径r1和B区半径r2及深度h1与母线的视出地角α有关，计算公式为“tanα=h1/(r1-r2)”。C区为起始震级确认的壳下地震最大震源深度h2的横断面，其理论视半径为r3。SCT的理论深度h0的计算公式为“h0=r1/tanα”，r3为“r3=(h0-h2)tanα”。顶点Z到C区的深度差为h3，在计算SCT的理论体积时，如果有必要，可以用h3和r3扣除锥体尖端未能检测到地震活动的锥体体积。理论锥体中心隐藏着一个红色柱体，是一个P波高速异常体，可以通过地震层析成像技术检测到。
SCT与上地幔地层的关系如左侧坐标轴所示：0-35 km为地壳，耗散层，散热层，壳内强震与地震柱型火山喷发工作平台；35-100 km为储能层，含火山的熔岩囊；100-300 km为能动层，橄榄石相变主导区，浅源SCT的驱动层；300-660 km为驱动层，钙钛矿相变主导区；以下为上地幔的底部。
各个地层的温压状态如坐标轴所注。
火山喷发多发生在出地点附近，壳内强震则随着发震构造带的分布距离出地点或近或远。
地震与火山灾害链系统（DCS）由地震柱构造内的壳下地震、壳内强震、地表发震构造体系（扭动构造体系为主）、习惯性的或者新生的火山通道等地质元素所组成。类似的还可能有气候DCS。
3 印尼地震柱构造的子柱构造分论
本文依据印尼地震柱构造的立体图像，经过多次筛选，粗略划分出了InA～InG等7个研究分区，即7个地震子柱构造。由于InA子柱构造牵涉菲律宾部分区域，资料不够完全，故不列入本文研究范围。因此，本文着重研究InB～InG等6个地震子柱构造。
各子柱构造的地层活动参数见表2，1963-2025年的M 7.0+壳内强震活动参数见表3，火山喷发指数（Volcanic Explosivity Index，简称 VEI）VEI 3+的火山喷发参数见表4。
由这些数据表可见，6个子柱构造皆构成一个个独立的壳內强震和火山喷发灾害链。如此强烈的灾害链连发区域，全球只有4个地方，除印尼外，还有太平洋西部（从鄂霍次克海到马里亚纳海沟）、太平洋西南部（从所罗门群岛至汤加和新西兰）和南美洲西海岸（厄瓜多尔和智利）。这些地方都是我们寻找壳內强震与火山成因及其预测模式的最佳场所。
表2 印尼地震柱构造6个子柱构造参数一览表
Table 2 List of Parameters for the Six Sub-SCT of the Indonesian SCT.
表3 印尼地震柱构造6个子柱构造1963-2025的M 7.0+壳内强震
Table 3: M 7.0+ Intracrustal Strong Earthquakes in the Six Sub-cones of the Indonesian SCT from 1963 to 2025
表4 印尼地震柱构造各子柱构造1963-2025的VEI 3+火山喷发*
Table 4 VEI 3+ Volcanic Eruptions of Each Sub-SCT in the Indonesian SCT from 1963 to 2025*
*2024年5月以后的火山喷发未评定喷发指数VEI值。
各个子柱构造的壳下地震活动时序图如图4～图9所示。由图可见，1975年以前，各子柱研究区的地震资料，壳下地震的分辨率偏低，直至80年代中期，情况才有明显改善。因此，能够用于年度地震情态研究的时段是很有限的。短短40来年的历史，无论对于地震学还是地质学来说，都只能算是一个瞬间。
3.1 地震活动度的概念与定义
壳下地震密集区就是地震柱构造的明显标志。地震地热说认为，大凡全球性的事件，比如壳内强震、火山喷发、气候变暖或变冷，等等，皆与上地幔深部的热运动有关。因此，考察深部地震活动构造内壳下地震的活动强度十分重要。
地震释放的地震波能量E与地震震级M有下列简化的古登堡（Gutenberg等，1956）关系（能量E的单位以尔格erg计）：
Lg E=11.8+1.5Ms (1)
则本尼奥夫应变能√E有
Lg √E=5.9+.75Ms (2)
为了避免能量E的计量单位纷扰以及忒大的数据量，将折合为M4.0地震的个数进行年度累计是可取的，则有年度累计值为
i=0，1，2…n-1；t=1963-2025 (3)
式中t为统计年份，其中最后一年2025资料不全，仅供参考。n为当年壳下地震总数。由式（3）可求得年度的距平归一化比值 (t)，则有
(4)
式中E0为多年平均值。
比值的平均值为0。年度比值综合了地震频度N、震级M与地震释放应变能的综合效应，能够综合代表壳下地震的活动强度，故定义为壳下地震活动度。为了考察不同深度地层的情形，可以求取各个目标地层的地震活动度。
不论地震目录的起始震级为M 1.0或者M 4.0，或者时间窗口取为年度或0.1a，式（3）皆可通用。当然，要求地震目录给出以年度为单位的时序坐标。
ANSS本是复合地震目录，采用多种震级标度，作为一级近似，本文将所有地震震级视为Ms。
3.2 各子柱研究区的地震情态分述
现将InB～InG各子柱研究区的地震和火山情态分述如下：
3.2.1 InB子柱研究区
InB子柱位于印尼东加里曼丹省以东地区，1980年代以来，壳内强震和火山喷发交替出现，显得极为活跃。详见图4。1998-2008年间M 7+壳内强震连发，1982-1991年以及2002-2025年间VEI 3+火山连发。分析发现，壳下地震年活动度ε0 (t)的持续上升段（蓝色箭头线标识）以及活动度的差分高值，对于壳内强震与火山喷发都具有一定的前兆意义。如果能够采用印尼本地的M1.0+～M3.0+地震目录，这种前兆意义只会增大而不会消减。
图4 印尼地震柱构造InB子柱的时序图及其解析
Figure 4 Time series diagram and analysis of the InB sub-SCT of the Indonesian SCT
图4说明：蛋黄色圆点为M 4.0-4.9地震，绿色圆点为M 5.0-5.9地震（下同），蓝色圆点为M 6.0-6.9地震，橘色圆点为M 7.0+地震，红色圆点为M 7.0+壳内强震，红色三角形为VEI 3+火山喷发。（下同）
3.2.2 InC子柱研究区
InC子柱位于印尼班达海东部地区，1980年代以来，壳内强震和火山喷发交替出现，而且呈现10年左右的间隔期。详见图5。
图5 印尼地震柱构造InC子柱的时序图及其解析
Figure 5 Time series diagram and analysis of the InC sub-SCT of the Indonesian SCT
3.2.3 InD子柱研究区
InD子柱位于印尼班达海西部核心区域，壳内强震和火山喷发交替出现，而且呈现10年左右的间隔期，最长间隔可达18年。详见图6。
图6 印尼地震柱构造InD子柱的时序图及其解析
Figure 6 Time series diagram and analysis of the InD sub-SCT of the Indonesian SCT
3.2.4 InE子柱研究区
InE子柱位于印尼西努沙登加拉省地区，壳内强震和火山喷发交替出现，而且呈现10年左右的间隔期，最长间隔可达20年。印尼近年来最为强烈的阿贡火山（VEI 5）位于本区。详见图7。
图7 印尼地震柱构造InE子柱的时序图及其解析
Figure 7 Time series diagram and analysis of the InE sub-SCT of the Indonesian SCT
3.2.5 InF子柱研究区
InF子柱位于印尼爪哇岛地区，壳内强震和火山喷发交替出现，而且呈现10年左右的间隔期，最长间隔可达15年。2010-2020年间VEI 3+火山连发。塞梅鲁、腾格里等火山的喷发可以持续数月甚至数年。详见图8和表4。
图8 印尼地震柱构造InF子柱的时序图及其解析
Figure 8 Time series diagram and analysis of the InF sub-SCT of the Indonesian SCT
3.2.6 InG子柱研究区
InG子柱包含印尼苏门答腊全岛，壳内强震和火山喷发交替出现，而且呈现10年左右的间隔期。2000年以来M 7+壳内强震与VEI 3+火山交替连发。锡纳朋、喀拉喀托、卡兰吉田等火山的喷发可以持续数月甚至数年。详见图9和表4。
可惜本图并未能找到2004年印尼M 9.2地震的更多前兆信息，或许必须依赖印尼本土的M 1.0+或M 2.0+地震目录。
图9 印尼地震柱构造InG子柱的时序图及其解析
Figure 9 Time series diagram and analysis of the InG sub-SCT of the Indonesian SCT
4 讨论
4.1 关于灾害链系统的讨论
由本文研究发现，每一个单体的SCT或者sub-SCT，即可构成一个独立的壳内强震与火山喷发灾害链系统。灾害链系统独立表达SCT内壳下地震、壳内强震、火山喷发，以及地表构造体系的相互关联。当SCT内暂无火山活动时，就只构成壳内强震灾害链系统。灾害链系统是研究地震与火山成因及其预测模型的工作平台。全球M 4.0+地震目录或许只能获得粗略的评判结果，M 1.0+ 或者M 2.0+的本地地震目录才能有利于更为精细的研究。因此，每个地震与火山活跃地区，都要加强地震目录编制技术的研究，努力提高壳下地震的分辨能力，最好能够形成全球统一的编制规范。壳下地震的占比达到20%以上，才能满足地震地热说解析的基本要求。
4.2 灾害链系统与地表构造体系的关系
本文研究，有幸发现壳下地震活动与地表构造体系的微妙关系。图1中的苏门答腊断裂，应归属于云南歹字形构造体系，右旋型走滑断裂。由图5～图9可见，沿着这条断裂带的壳下地震活动，由西向东震源深度不断增加，自爪哇岛以东，最大震源深度才稳定在600+km。更有甚者，沿着这条断裂带的火山喷发持续时间，由西部的数月乃至数年，逐渐转变为东部的数天。本区VEI 5的最强火山喷发出现在最大震源深度地段。
由此推断，壳下地震活动，与地表构造体系，也并非不无关系。
4.3 驱动层的活动周期问题
图4、图6和图8中驱动层的活动周期带有明显的18年左右的间隙，推测壳下地震的活动与地球的章动或许有关，因而尝试进行壳下地震活动度的频谱分析。结果表明，频谱分析只能发现数年的短周期，而未发现10年以上的周期成份，可能因样本量的长度受限。
本文以此存疑，供后人参考。
4.4 2000～2024年活动度的持续上升期
由图4～图9可见，壳下地震的能活动度与壳内强震及火山喷发是紧密关联着的。这就是这两种灾害频发的真正原因。
2000年以来，整个研究区内的壳下地震活动度处于持续上升状态，与全球气候变暖呈同步变化[9]。与此同步，印尼的壳内强震和火山喷发异常活跃，东加里曼丹省以东地区和苏门答腊岛更甚。这种情况需要很大一个时期的缓解，灾害的预估或者预测很是重要。
由图2可见，印尼研究区的的子柱构造还可以细分为若干子柱。为此，需要采用印尼本土更为精细的地震目录，将壳内强震与火山喷发精准配置到每一个单体的子柱构造，进行追踪与预测研究。
图9中2004年印尼M 9.2地震之前，壳下地震活动度曲线上只有大约6年的小幅上升段，似乎与大地震不能匹配。或许与地震的监测能力有关，也或许要依据印尼的本土地震目录追踪研究。
5 结论
本文依据作者自创的地震地热说理论体系，采用美国加利福利亚地震中心关于印尼的M 4.0+地震目录，确定了研究区地震与火山的地理分布与三维空间分布特征，划分了7个地震子柱构造，拟定了地震柱构造的全息理想模型，定义了壳内强震与火山喷发灾害链和壳下地震的活动度两个概念，对于与印尼研究区直接相关的6个子柱构造进行时序图像分析和活动度的年度解析与差分解析，在此基础上制定了壳内强震与火山喷发的预测模型和研究方案，可供印尼地区、西太平洋地区、西南太平洋地区以及南美洲西海岸的深源地震柱构造的研究参考。
目前，人们对于壳内强震与火山喷发的成因，仍然处在认识论的必然王国之中，总以为靠着地表构造运动的应变能量积累或者靠着大大小小块体的推挤，就能酝酿出M 7、M 8乃至M 9的壳内强震或者火山。殊不知这样强烈的地震和火山喷发，所需要积累、存储和瞬间释放的能量都是天阶的，唯有地球整体性运动的某种力量，才能够创造这样的奇迹。不能认识到这一点，就永远难以步入自由王国。
为了寻找这样的力量，作者苦苦奋斗了一辈子，盼望着有所劳就能够有所获。
致谢
本文采用美国加利福利亚的关于印尼地区的M 4.0+ANSS地震目录，并得到中国国家灾研院的泽仁志玛研究员大力帮助，谨此致谢！
八十二岁，2025.7，初稿
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