鲁甸地震、鲁甸自然铜矿与地球深部排气作用的关系探讨——来自宽角地震资料的证据

张景廉， 房乃珍， 陈 朱炳泉

(1.中国石油勘探开发研究院西北分院，甘肃 兰州 730020；2.中国核工业北京地质研究院，北京 100029；3.中国科学院广州地球化学研究所，广东 广州 510640)

地震、天然产出的自然铜、天然气、低速高导带等看似不相关的地质现象和过程，其间存在着某种内在关联。探索这些关联的规律，可能带给人们一些启示，甚至改变相关地质现象的成因认识(杜乐天等，1999；杜乐天，1996a,1996b；张景廉，2001，2004；张景廉等，2008，2011；胡宝群等，2011；梁光河，2017；岳中琦，2013)。

1 鲁甸地震

1.1 鲁甸地震的发生

2014年8月3日，云南鲁甸发生6.5级地震，导致617人死亡。关于这次地震，主流学术界已发表了不少论文(徐涛等，2014； 张广伟等，2014；赵仲和，2014；曾佐勋等，2014)。

事实上，2014年4月，著名地震学家强祖基等根据卫星红外云图预测了云南东北会发生7级以上地震。而在2014年5月30日盈江等发生的6.1级、4.3级地震均是鲁甸6.5地震的前兆地震(李寻等，2014)。

他们认为，根据气象卫星红外图像，地震区在震前有一个增温区，而地震震级则与异常面积大小有关，而且可以根据增温异常演化特征可找出未来地震的震中位置；当增温异常发展到鼎盛时期后，则可在几天至60天内进行短期和临震预报(强祖基等，2010；赵得秀等，2012)。

云南鲁甸地震的发生，证明了“强祖基地震预测法”的正确。奇怪的是，成功预测鲁甸地震的是一位83岁的老人和他的团队。令人不解的是：地震学界主流媒体对这一成功预报表现了惊人的沉默(商昭等，2014；李寻，2014)。

1.2 鲁甸地震与地球化学急变带

鲁甸地震震中位于铅同位素地球化学急变带，从北西转为北东的转折点上，急变带(40线)两侧Nd同位素从ε≈0(东侧)增至ε=+3。滇东北地球化学急变带标志着该区岩石圈结构和厚度的急剧变化带。软流圈物质上涌和横向迁移在岩石圈结构的急剧变化带将产生浅层巨大应力，是发生大地震的重要原因。按照朱炳泉(2010)的观点，鲁甸地震与板块构造无关。

2 鲁甸的自然铜矿床

2.1 自然铜矿的成矿特点

朱炳泉等(2002a,2002b)较早指出，在滇—黔边界存在一条代表地幔深断裂—岩石圈不连续界面的北西向构造隐性地球化学急变带，并根据其北东侧远高于东侧地区的Cu-Ni-Pt-Pb异常，以其地球化学急变带成矿的分带性规律，在2002年发现了鲁甸—沿河自然铜矿床。他们认为，鲁甸—沿河一带的铜矿床与美国基韦诺铜矿较为相似，提出这是目前世界上第二个基韦诺型铜矿床(矿石类型为自然铜—氧化铜组合)，矿床层位位于中、下三叠统至峨眉山玄武岩顶部第四段(约90 m)，主要矿化段位于过渡带至峨眉山玄武岩第四段硅质沥青之间(15～50 m)(朱炳泉等，2002a，2002b，2005；朱炳泉，2003a，2003b，)。

2.2 自然铜矿石的气液包裹体特征

自然铜矿石中石英、方解石的气液包裹体的激光拉曼成分研究、均一温度、盐度测定表明：1、2期成矿流体主要为卤水，气液比小(一般5%～10%)，W(NaCl)为8%～22%，气相为CH4，均一温度为80～260 ℃。除卤水外，还有以古石油为代表的有机流体，古石油包裹体由液态烃(以芳香烃为主)、固体沥青和气相组成(李厚民等，2011)。

2.3 自然铜矿(及一些自然金属矿石)的形成机制

以往的研究表明，金伯利岩中有一些呈自然元素的金属、非金属，如Fe0，Si0，Ti0，Mg0，等(路凤香等，1992；赵磊等，1993)。

杜乐天等(1999)认为，金伯利岩筒中有天然气，而且是极强的还原气体，最有可能的是氢气和烃。据报道，俄罗斯雅库特金伯利岩筒已发现有天然气燃烧。事实上，陨石、月球岩中也有一些自然元素。

据报道(杜乐天，1996a，1996b)：

(1) 阿尔卑斯山超镁铁的蚀变带发现自然金属，在蛇纹岩中有Fe0。

(2) 乌拉尔纯橄榄岩中Fe0与蛇纹岩、磁铁矿共生，打钻时发生气喷，气体成分为H280%，CH410%，N210%(注意：主要是氢气)。

(3) 金矿石中有Si0，Al0，Fe0。

(4) 矽卡岩矿床中有Cr0，Si0，Fe0。

(5) 塔吉克斯坦硅化镁矽卡岩中有Al0。

(6) 南滨海油气田也发现有Fe0。

(7) 卤水沉积物中发现有Hg0，As0，Sb0，Au0，Ag0。

(8) 大洋Mn结核中有Fe0，Al0，Au0，Sn0，Cu0……

显然，只有深部强烈强还原气体，才可使呈氧化状态(+1，+2，+3价)的金属还原成零价的自然金属。

因此，火山岩喷发过程中，强还原的氢气流与金属的硫化物(或氧化物)发生强烈的还原作用，当0价的H2还原了呈+2，+3价的金属化合物，使之形成呈0价的自然元素，而呈0价的H2气则变成了+1价，如有碳(C)则可能形成烃类(如CH4等)。

根据上述分析，鲁甸自然铜矿的形成也就不难解释了，即在玄武岩喷发过程中，强大的H2流对一些金属(Cu)的化合物发生还原作用，使Cu从+2，+1价变成0价，而H2气则形成如烃类的化合物(H0变成H+1)，鲁甸铜矿有大量的沥青即是证据。近来有研究表明，通过氢还原使褐铁矿的纳米结构化相变形成零价铁(Fe0)(刘海波等，2016)。

鉴于此，可以形象地称作在鲁甸这个地方发生了天然的冶炼过程，生成了自然铜。即“可以不经过冶炼，直接从岩石中提取金属”(杜乐天，1996a,1996b)。这一点在未来的矿冶生产中的作用不容低估。

近来，张良钜等(2015)在四川南部玄武岩晶洞中发现沥青与自然铜矿物共生则是另一个实例。另据报道，李子颖等在冀东330铀矿床、诸广302铀矿床，用光电能谱方法检测到自然金属铀U0(陈瑜，2015)，这进一步说明了氢气在铀成矿中的重大作用。

2.4 鲁甸自然铜与考古文化

鲁甸铜矿的高放射性铅的特点为我国青铜器考古研究提供了示踪作用。研究表明，在中国存在一些古代青铜器的高放射性铅曾使考古人员十分迷惑，即在青铜器考古现场及周围找不到相应的古铜矿床。

图1 丽江-清镇纵剖面二维速度结构(徐涛等，2015)Fig.1 Two dimensional velocity profile of Lijiang-Qingzhen 红色实心五角星为人工源炮点位置，红色空心五角星表示主震在剖面的投影。主要断裂：LJ-XJHF，丽江-小金河断裂；CHF,程海断裂；YM-LZJF，元谋-绿汁江断裂；ANHF，安宁河断裂； XJF，小江断裂；WN-SCF，威宁-水城断裂

据朱炳泉(2010)研究，中国目前有一些考古青铜器由于其高放射性铅的特点，目前找不到铜矿原产地，如：殷墟墓青铜器的206Pb/204Pb=19～20，207Pb/204Pb=15.8～16.5，208Pb/204Pb=40～45.2，而中原地区没有发现有如此高放射成因铅的矿产资源；另外，江西新干大洋洲、湖北黄陂盘龙城等地的青铜器也具有高放射成因铅的特征；1990年代发现的三星堆及21世纪初发现的金沙青铜器也有高放射成因铅组成(金正耀，2008)。鉴于上述情况，朱炳泉(2010)、金正耀(2008)提出了这些青铜器的矿产可能源于云南的假设，也就是说鲁甸铜矿可能是商代青铜器的原矿料。

3 云南丽江—贵州清镇宽角地震资料揭示的信息

2012年6月，中国科学院地质与地球物理研究所沿丽江—攀枝花—清镇近东西向纵测线，实施了6炮人工源爆破(药量总计17.5 t TNT，单炮药量2.4～3.9 t)，纵测线剖面长650 km，三分量数字地震仪记录了地壳至上地幔顶部不同深度范围、不同属性的深层地震波场信息。

徐涛等(2015)公布了该剖面的二维地震速度结构(图1)。

从图1可以看出，在SP03处有一地震低速异常带，它的νp=5.8～5.9 km/s，明显低于周围的6.0～6.8 km/s，即中地壳低速带，它的埋深约4～15 km。这个低速带是个塑性流体带，有大量的气体。

正是这些气体向上喷发、爆炸，导致发生了鲁甸6.5级地震，这种过程与张景廉等(2008，2011)讨论汶川地震成因的情况完全一致。在鲁甸还发现了呈零价的自然铜矿床，该发现更进一步证实了这种气体是氢气及烃类气体，而强祖基教授的卫星红外图的预测方法更从更深层次证实了上述论据的正确。事实上，笔者多年来一直致力于研究中地壳低速层与油气、地震的关系(张景廉，2001，2004，2014)。

4 鲁甸地震主断裂的气体测量

鲁甸地震后，刘耀炜等(2015)对龙头山镇进行了气体测量(Rn，H2， CO2， CH4，H2S，O2等)。

结果显示，在地震主断裂处土壤Rn的含量1.52×105Bq/m3，这明显高于断层两侧(约 350 m)的 5.13×104Bq/m3；H2浓度高达 45×10-6，而离开破裂带的测点则没有观测到H2(浓度小于仪器检测极限 1×10-6)。

5 汶川地震断裂的重要现象

王焕等(2015)对汶川地震断裂的观察与研究揭示了几个十分重要的现象：

(1)地震过程中有大量流体存在；

(2)石墨局部富集；

(3)极低的动态摩擦系数(≦0.02)；

(4)断裂带快速愈合。

显然，(3)、(4)点表明地震是个开放的体系，与板块挤压状态相悖，石墨的形成表明呈CO2的+4价C还原成了呈0价的石墨，这种环境是十分还原性的。

6 结论

综合上述证据和分析，得出以下认识：

(1)鲁甸6.5级地震被强祖基教授等成功预报(通过卫星红外图)，表明地球深部排气是导致鲁甸地震发生的主要因素。

(2)鲁甸自然铜矿床的被朱炳泉发现，则从另一角度表明鲁甸地区曾发生过地球深部排气作用，这种深部气体是有强还原性质的氢气和烃类气体。铜矿床分布大量沥青表明烃类也参与了自然铜的成矿作用。

(3)丽江—清镇剖面的二维地壳速度结构图揭示了在鲁甸地区的中地壳具低速—高导特征，表明鲁甸地区地壳中有大量的天然气，正是这种天然气的爆炸才导致了鲁甸地震的发生。可以说鲁甸地震的发生与2008年四川汶川地震的发生机制是相同的。

(4)鲁甸地震发生后在其主断裂的气体测量获得了大量氢气的存在，则是天然气存在的实物证据。

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