科学专著：动态地球发展报告
--地球的物质重新分布理论及其实践应用
作者：赵盛烨
前言：
2009年时，我24岁，那时候我的头发还没花白，公司也还没开始做。刚刚本科毕业留在沈阳理工大学工作的我，每天管理着学校的各类信息系统。因为是在三本校区，老板还是比较压榨员工的，学校网站、招生就业系统、财务系统、学籍管理、成绩管理...一大堆系统的功能开发和维护管理都扔给了我一个人，有人问我到底算什么岗位？我含糊其辞地说：程序员？数据师？美工？用户体验？测试？硬件工程师？网络工程师？网络推广师？呵呵，什么都是，也什么也都不是，因为哪个工作都在做着...索性报名考了个“系统分析师”，几个月后还真考下来了，学校也就名正言顺的给了我一个“信息技术总监”的职务，副高级职称还可以讲课（又可以少雇一个教程序设计的老师了）。于是从那个时候开始，我便养成了习惯，不但要全力以赴的多线作业，还要“总监”好自己的每一项工作不要出错...现在想想也是挺悲惨的。
时年正值汶川大地震的一年多以后，经常通宵工作，吃、住在办公室的我，工作之余起身直腰，就喜欢在几个落地窗前眺望远方、眺望夕阳、眺望星空、眺望朝霞、眺望云朵、再眺望夕阳...有时候，一边眺望，脑海中一边回放着汶川的那些悲惨的画面，百余次的回忆、百余次的哽咽。难道人类真的不能掌握自然的规律吗？从小爱耍小聪明的我，于是决定学习一下这门课程，看看有没有新的突破可能。互联网的人买书基本不会去新华书店，我到亚马逊中文网买了几十本地质学、环境学、地震研究领域的书籍，在工作之余打发时间。
这几年总有人夸我聪明、学什么会什么，实际上智力只是很小的一个方面，更多的原因在于要花时间去学习。20岁开始我每天只睡四个小时、只吃一顿晚餐，刨去刷牙洗脸浪费掉的时间，所以大概有19个小时可以用来工作和学习。于是2009年，就这样大概用13个小时搞计算机的本职工作，其余的6个小时全用来学习地球物理学方面的知识，就连开车时放的音乐都是从酷狗里面下载的有声读物...半年多过去了，终于在拜读了众多老师的大作之后，形成了自己对于地球物理学的独立认知。
当然提出这样认知，再让大众去接受的过程是漫长的、道路是曲折的，哥白尼就因此而夭折...而我，中间经历了好多事情，包括在天涯论坛发表《强烈地震震动了科普（后来管理员给我改的名字）》以后的一夜爆红，还有期间被请进警署说明我不是“妖言惑众、扰乱社会”，令人悲痛却有一丝欣慰的是后来玉树那里真的地震了，我也算是洗脱了身上的脏水。在这里就不再对那段窝心的往事一一道来了，只有十年来一直在我左右支持着我的铁杆粉丝们懂得其中的艰辛，在这里衷心的感谢您们！
直到今天，作为一个“叛逆者”，我依然不太习惯与中国地震系统的研究人员探讨这方面问题，更不要说投稿给这个行业的期刊了。所以真正研究地球物理学学术的朋友们恐怕也很难在论文中引用我的文章和观点，不过只要当你们像伯明翰大学的几位教授那样谈及相关问题时，心里记得有我这样的一个人存在，我就满足了！从2010年起的这些年，我便陆陆续续的在新浪博客和新浪微博里发表了一些连载文章，这次统一整理出来：一则我透支了太多的身体，近来体重控制不住的往下掉，恐怕今后的日子也不会太长了，不能让你们忘记我这套理论观点；二则纠正一些错误，并更直观、更全面、更准确的一次性把《地球的物质重新分布理论及其实践应用》（曾用名：“地球质量重新布局原理”）表述给大家。
赵盛烨
2019年1月1日
第一章 地震研究现状
随着人类科学的不断进步，自然科学逐渐从哲学的大分类中分离出来，近现代以后更是如雨后春笋般的衍生出多种自然科学的学科门类。这是一个树状的学科分类图：
图1 地震研究相关的科学学科分类图
通过图1可以知道，地震研究工作是自然科学研究的一部分，属于地球科学的一个子类别的研究方向。而地震研究工作的具体内容还包括：地震的基础理论研究、地震预测研究、地震预报研究、地震灾害预防研究。其中：
“基础理论研究”是对地球构造、板块运动、软流层运动、岩石圈应力及破碎临界点的科学研究，什么是地球板块运动的源动力？地震发生的必要因素是什么？地震灾害遵循了何种公式？这些是基础理论所关心的问题；
“地震预测”依托于基础理论研究，是具体科学结论的应用，地震预测的方法有两种，一是通过地壳运动和岩石层的应力监测正向推导出岩石破碎的临界值和时间，二是通过大数据分析统计历史上地震的时间、地点、震级、前置观测现象从而推测出新地震。前者准确率可以达到100%，但受制于科学观测能力不足，现今不具备预测条件，是进一步科学研究的方向；后者类似于“经验预测”，准确程度不能到达100%，但可以进一步研究提升；
“地震预报”是对地震的提前告警，根据预报时间至地震时间的时间长度，可以分为长期预报、短期预报、即时预报三种。其中长期预报是对某地区地质构造环境的综合评估，依据该地区是否有断裂带、断裂带的活跃程度、岩石应力的累积程度等因素判断数年甚至数百年内，该地区是否有发生大规模地震可能性报告；短期预报是根据地震预测结论对某地区地震的时间、地点、震级、震源深度进行的准确预估及公告；即时预报又名“临震预报”，是利用地震波传递与光传递的速度差实施的震后告警，在A地区出现地震的第一时间使用信息技术手段在地震波没有传递到B地区时，向B地区实施地震告警，通常可以提前数秒至数十秒将地震即将到来的消息告知给B地区民众以降低生命和财产损失；
“地震灾害预防”在传统观念中是一项全民动员的工作，事实上这是一种误区。地震灾害预防工作首先是要尊重地震研究的科学基础理论，然后在地震预测及长期地震预报的基础上对某一地区的建筑物进行加固、居民进行培训、临震预报系统进行部署。更重要的是地震灾害预防工作要进一步形成城市建设法律化、区域预防差异化的固定模式。
图2 地震研究的子类别
在中国，从事地震研究工作的单位主要是国家地震局、科研机构、高校和部分民间社会团体等。但这些单位擅长的方向和职能却不尽相同。例如，中国科学院体系的地球物理所主要针对地震基础理论研究展开工作；高校体系主要针对相关人才的培养和教育，附带了一部分地震研究职能；社会团体及协会更倾向于基础理论研究和灾害预防研究。而中国地震局因为被赋予了专属的职能，而兼具了地震研究、地震监测、灾害救援、应急指挥、科普教育的职能，是中国门类和职能最为齐全的地震研究单位。但因为地震的预测工作确实有比较大的难度，所以为了摆脱社会的指责、甩手地震预报责任、推脱国务院的批评，国家地震局后来干脆宣称“地震不可预测”就是多年以来的研究成果。在此行政干预之下，其下属的各个研究所就算对地震预测研究有了一些新的进展，也不能随便发表，因为这明显违背了地震局行政领导的意愿。
所以，在近年来地震研究的基础理论没有更大进步的情况下，地震预测、地震预报、灾害预防等工作的研究和建设成果甚微。受制于中国人口密集度高、农村智能手机普及率低、电台电视台应急广播流程长等因素，即便是国家地震台网花费了巨资兴建的临震预报系统也很难真正发挥其大规模挽救震区群众生命的作用。因为地震灾害破坏最严重的地区处于震中区域，而基于P-S波时间差原理或者PS-Optical Network时差原理的系统，其特点是距离震中越近预警时间越短，其在震中区域不会有任何挽救人民生命财产的可能。例如2008年汶川地震时，震中区域就是汶川县本身，即便当年有相应系统存在，其提前预警的时间也不会超过0.1秒，甚至预警信息根本就不会发送给汶川居民。而且受灾情况第二严重的都江堰区域的预警时间也不会超过4秒，完全没有任何疏散、撤离的可能性。
表1 中国地震研究单位
可见，中国地震局体系是中国国内最庞大的地震理论研究单位，兼具了基础理论研究、地震预测研究、地震预报研究、地震灾害预防研究，以及地震数据监测、地震灾害救援、地震科普培训等职能，是沿袭了前苏联大而全思维的部门机构划分方法，仅在陈建民局长时代，每年地震系统就要花费各级财政资金46亿元左右，甚至每个地市级地震局都会配有专门应对网络舆论的“网络评论员“作为水军总指挥，关键时刻全国联动。然而，其庞大的体系并没有带来最有效的科研成果和灾害救援响应，形容其“干啥啥不行、吃啥啥没够”也不为过。反观日本、欧洲、美国等国家和地区的地震研究单位，其职能单一却能获得更多研究成果：地震理论研究与地震监测工作归属于科学研究部门；地震救援工作归属于应急救援部门；地震科学普及归属于科普单位。所以在《国办发[2018]85号》文件中，将中国地震局划归了应急管理部。
但这样的划分又带来了新的问题：由于地震局原有的组织机构庞大，承担其科学研究分工的子部门很难在应急部有效展开相应工作，因此在这里建议将其二级科研机构进行裁撤，或将原中国地震局的地球物理研究所、地质研究所、地壳应力研究所、地震预测研究所、工程力学研究所、地球物理勘探中心等科研单位划归中国科学院，并成立“中国科学院地震研究所”，以保障原有地震研究成果的延续和今后地震科学研究工作的进一步展开及进步。
第二章 地球构造运动与地震
“地震”顾名思义即为大地发生的震动，从不同的角度来看地震，有多种多样的划分方法。例如地震可以按照其生成因子分为构造地震、诱发地震、陷落地震、火山地震、人工地震等；按照其强弱程度可以分为强烈地震、中级地震、弱地震等；按照其震源深度可以分为浅源地震、中源地震、深源地震等。此外依据不同的研究和观测方法，还可以按照震中所在板块的位置划分、按照破坏程度划分、按照海陆划分等等。
不论按照哪种分类方法，地震发生的直接因子都是物质的运动。通俗来讲即是岩石坍塌、破碎、撞击等运动而引发的震动。其本质上与生活中掉落地面的杯子、两个相撞的汽车、少林寺和尚劈砖等等无异，都是物质运动到撞击从而形变释放能量的过程。地震往往会伴随着人类生命和财产的损失，但也有一切地震不但不会造成任何损失，反而听起来很有趣，例如2018年俄罗斯世界杯墨西哥队对德国队期间，上半场比赛进行至第35分钟时，墨西哥队前锋洛萨诺打破僵局攻入首球，地震监控系统监测了到轻微地震。后来根据系统分析，墨西哥队在这一时刻攻破了德国队的球门，这次地震正是因进球时许多民众在同一时间激动跳跃而造成的。
地球是一个拥有近46亿年天文年龄的行星，这样的纪年对于我们每一个人来讲都是异常的久远，而对于大尺度下的宇宙来说，却显得较为“年轻”。此外地球作为一颗能在太阳系中稳定运行的天体，相对恒星的距离适中、富含水源、饶有活力，可以说地球是一个中青年天体，是一个处于不断运动和变化中的星球，因此在这样的星球上，“地震”就成为了一件最为稀松平常的“日常事件”。根据部分科学家统计，每年发生在地球上的地震大概达到了500万次之多，其中只有大约百分之一的地震是人类能够察觉到的，8级以上的地震平均每年会出现一到两次。当然这是一组统计学数据，适用于20世纪末到21世纪初的这几十年时间，与当下地球自身的物质运动状态、平衡状态，以及天体稳定状态均有关系，并不适用于之前的45亿多年的地球和今后的地球。
科学家古登堡（B. Gutenberg）和里克特（C. F. Richter）曾以全球有数据记载的地震事件为样本，用数学的手段得出了一套震级与频度之间的公式：
lg N(M)=a-bM
其中，N是单位时间之内发生地震的次数，M是统计的震级，a是基于时间和空间的常量，b是地震活动的水平和地震次数的比例。例如，20世纪初，全球范围内地震的频度关系大致为：
lg N=10.4-1.15M
从公式可见，通俗来说就是，震级越大的地震越少，震级越小的地震越多，他们之间的震级和频次是线性相关的，而且这样的线性相关特点在固定的时间范围内，区域范围越大则越精确。我们从国家科技基础条件平台提供的地震记录数据当中，也求得了相对应的数据验证结论，即从2008年12月31日至2018年12月31日，全球共发生Ms8级及8级以上地震14次，Ms6至8级地震1432次。而且对于这部分样本数据我们进行了更为细致的分析，从时间、空间、震级三个维度来看，这些地震数据还存在以下的特点：
特点一，偶发性：因为从物理学角度上来看，地震是物质运动到碰撞从而形变释放能量的过程，从地质学角度上来看，地震大多是地壳岩石基于应力的积累到岩石破碎的过程。即大多数地震是地壳中的岩石发生弹性形变的应力积累并通过岩石破碎和位移消除应力的过程。所以地震存在一定程度的不确定性，但这种不确定性是基于人类测量手段的不全面、探测范围的不充分因素造成的。在相同的地震带样本上，利用“地球的物质重新分布理论”模型可以降低这种不确定性，并提升地震预报的准确程度。
特点二，并发性：两个岩石板块相接壤的区域并不是单点相连的，往往存在多个应力积累区域，因此从地质结构上的相邻关系角度来看，同一地质断裂带上的不同区域存在构造地震的并发相关特性，这种并发关系的地震一般在72小时之内发生，大多数是震级相近的一组地震，也有少部分是大小震级配对出现的。这种并发性地震如果沿用传统地震学中的“主震”和“余震”词汇来形容是不全面且不准确的。
特点三，迁移性：同一地质断裂带上的相近区域经常发生岩石破碎的应力释放和新应力迁移积累并释放的情况，从而表现出震中迁移的特性。试想当你手握一支中华铅笔在笔记本上按压的时候，最先破碎的是铅笔芯，随着压力的增大，铅笔的笔杆也会断裂，这就是破碎的迁移，是地质活跃区域和地震频发区域最常见的现象。
特点四，长周期性：地球的物质运动遵循一定的规律，并在板块运动中体现出跨度在数年之间活跃到平静再到活跃的反复现象。这种反复现象的直接原因是地壳构造运动的反复导致的岩石块体应力积累量变，从而破碎释放的过程。但从其根本原因上来看，是地壳构造运动的原动力发生了周期性的变化，这也是“地球的物质重新分布理论”重点研究的范畴，在后续的章节中将有更为详细的介绍。
图3 地震的长周期特点曲线
特点五，短周期性：地球在太阳系中运动的方式包括自身的自转和围绕太阳的公转。地球是由物质组成的行星，因此地球上物质的运动也要遵循物质运动的一般物理学规律，“地球的物质重新分布理论”认为地球板块的构造变迁也受到天体运动的影响，黄赤交角的变化能在每一个年度循环性的激发地球物质变迁的活跃度。因此，地球上的地震也展现出周期性按照天文纪年的反复情况。这种特点将在第三章中有更详细的介绍。
特点六，平面对称性：地壳构造理论在1912年德国科学家魏格纳( A. Wegner )提出大陆漂移学说，1968年英国科学家麦肯齐（D.P.Mckenzin）提出板块构造学说以来，经过现代科技的观测、补充和纠正以后有了更为长足的发展。现代科学家以此为基础构建了地球圈层构造运动理论，将各大洲板块进一步细化为不同的子板块，各个子板块被称为“块体”，大部分块体都是由岩石圈相对坚硬的岩石结构构成。科学家还使用地震统计数据划分了各个块体之间的界限，称为“地质断裂带”。通过对国家科技基础条件平台提供的地震记录数据进行分析，我们发现各个块体的边缘地质断裂带上发生的地震具有以块体为中心，在对端断裂带并发的情况。因此我们称之为地震在地质结构上的水平并发现象。这种水平并发现象符合物理学的一般规律，是基于力的传导原理而发生的。例如中国台湾省附近的环太平洋地震带发生的地震会经常导致南北地震带发生对称性的地震；南北地震带发生的地震会经常导致西北地震带发生对称性的地震。因为力在传导过程中有所损失，所以被诱发的对称性地震震级往往也要低于对端的原发地震。
特点七，立体对称性：从宇宙的尺度上来观察，地球是一个具有一定对称性的天体。依据物理学的物质质量及其惯性原理，地球是一个以地轴为中心、赤道为平面，在质量上近似水平对称的不规则球体，对称的物质包括地心、地幔、地壳等基本构造组成物质，由于各种物质的密度不尽相同，该对称性位置会体现于纬度相同、经度互为高误差相反数的区域。只有满足这样的立体水平对称性，地轴才不会偏移，反之则会出现地轴偏移的情况。同时我们可以再套入对应的万有引力公式，还可以发现地球的物质还会有以地心为中心近似相反的运动特性，这种物质运动依靠软流层和水的流动性而实现，是大质量物质在万有引力原理下的宏观表现。结构上是以地心为中心的质量对称，其对称的位置会体现于纬度互为高误差相反数、经度互为高误差相反数的区域。因此在坐标为（42.8°,141.8°）的区域发生极为强烈的地震以后，坐标为（-42.8°±a,-141.8°±b）的区域在168小时之内会偶发伴随有相似强度的地震发生。这时如果地轴的南北极点没有发生位移，坐标为（42.8°±a,-141.8°±b）的区域还会出现小规模地震或不同寻常的大气、海洋等气象变化。国家科技基础条件平台提供的地震记录数据证明了这一立体对称性特点的存在。
中国有一句古话说“站的更高才能望的更远”，地震科学的研究工作如果仅仅局限于测量和震后救援，只能将这一学科越走越窄。只有引入更多的兄弟学科、父系学科甚至其它祖系学科才能进一步发展，在充分引入数学、天文学、地球物理学、传统物理学、现代物理学、计算机科学等知识以后，相信经过几代人的不懈努力，地震的预报和预测都将更为精准。
第三章 地球的物质重新分布宏观理论
中国文化中认为“圆”是这个世界上最完美的几何图形，球是这个世界上最完美的几何形体，事实证明也确实是这样的。我们知道，存在于宇宙中的所有可称之为星球的天体，她的密度越大、质量越大，它的外形就越接近球形。为了证明这样的想法，我们可以在这里使用物理学常用的极限法对现实中的天体进行抽象和简化，其抽象出来的极简模型是通过万有引力公式证明静止的一团流体物质团在宇宙中无限接近于标准球形。但为了更有说服力，在这里我们引用孔大力（DaliKong）博士的方法证明一般具有自转属性的天体会更接近于椭球形。这种证明方法基于泊松方程的完整解，在计算马克劳林（Maclaurin）椭球体的重力系数时总是收敛的。
基于笛卡尔坐标系（x，y，z），设z为地轴，（r，θ，φ）是球面的极坐标，则μ=cosθ ，再设ω为旋转速率，则有：
这里G是重力常数，M是行星的总质量，˜r(μ)是马克劳林椭球体的边界面，a为赤道半径，P2k(μ)是勒让德（Legendre）多项式与分区重力系数，他们之间存在如下关系：
其中，
可见，对于给定的旋转速率ω，总质量M和赤道半径α，这一公式可以通过迭代过程求解确定马克劳林椭球体的形状。我们再把地球理想化模型的基本数据（略有偏差）极半径 6357*10^3米，赤道半径 6378*10^3米，平均密度 5.5克每立方厘米带入这一公式，可以得到一个基本平衡的等式，这说明地球也遵循一般天体的椭球体规律。
地球这一行星在万有引力的约束下，也受到这一推论的制约，地球长得既不像茄子，也不像烧饼，如果地球的周围空间变化较小，且地球的自转周期变化较小，那么地球会始终保持类似现有的几何形态，即一个南北直径略短、东西直径略长的椭球体，在这一椭球体的基础上，由于地球上物质的种类繁多，其各个物质的密度不尽相同、固体液体气体状态不尽相同、流动性不尽相同，从而使其加入的高山、海洋、平原等多样化元素，在太空看起来就像一个没有削皮之前的椭圆形“土豆“。
当地球作为一个孤立的体系而存在，且处于稳定状态时，其物质运动和受力的规律适用于孔大力博士的公式，以及在此基础上的固态液态流动性差异和不同物质密度的复杂化加权。其内部物质运动与表面物质运动遵循相应的物质平衡状态规律。因此从宇宙的大尺度角度来看，地球处于动态的平衡当中，它既不会变得过“胖”，也不会变得过“高”，否则就会带来地轴严重偏移、自转周期严重紊乱等灾难性的后果。如果地球表面有大量液体物质在大气环流带动下由低纬度迁移到高纬度，并受温度影响在高纬度堆积的话，则会逼迫具有同比例质量的内部软流层中的流动性物质从高纬度流向低纬度；反之，如果地球表面有大量液体物质由南北极流向更低的纬度，或者海陆水汽环流的两向差值中有更多水物质流向大洋的话，则地球便会在深层产生由低纬度向高纬度的流动。无论哪一种方向流动，其具体表现都是表面与内部相反、质量近似相等的物质对流，以使这一天体能够满足相应平衡公式的约束。这表现在，如果有一些地表生物活动、宇宙辐射、地心辐射等因素导致地球的表面温度变化，融化了大陆上的冰川和南北极的冰川，使其产生了大量水体在大洋堆积的现象，则岩石圈板块以下的软流层物质就会在压迫下向大陆区域以下和两极下方运动。从而产生比从前更激烈的物质流，这样的物质流与表面物质流相反运动，以使地球的外形更接近从前的状态。
当地球发生上述物质变迁的时候，其变迁的整体过程是缓慢的，与之相关的连锁效应也有一定的滞后性，例如极热极寒等极端天气、洪水干旱等气候变化都是与之相关的连锁效应。而且在连锁效应积累的过程中，由量变引发质变的最明显表现就是地震、海啸，随后会带来基于平衡公式的持久性天体性质改变，例如地轴的偏移、自转速度的改变等等。
另外还有一个与以上运动原理相对应、模式则完全相反的运动激活模式。即，地球内部物质流动导致的表面物质重新分布现象。常见案例表现在天体运动对地球板块及其它物质的影响。在太阳系尺度内的天体运动，刨除部分广义相对论描述的现象之外，一般都符合万有引力原理的描述的规律。当地球与月球、地球与太阳、地球与其它行星发生相对位置变化时，地外天体会对地球产生相应的引力作用。这种引力作用叠加在孔大力（Dali Kong）博士的椭球体简化模型和地球内外环境的复杂化叠加之上以后，会产生诸如潮汐变化、岩石圈块体升降等一系列变化，其中潮汐作用的对象是水，水体的流动性较强，所以其受影响的时间长度和相对作用时限都是短暂的，而块体的升降的影响则会更为持久一些，尤其是当该地区的地表没有大量水体覆盖时会显得格外明显。例如当地外天体引力与地心连线相交于地表的位置是北纬28度、东经84度附近时，北印度块体和青藏高原块体的势能会因此得到增加、重力作用效果略微减弱，与之相对应的是两个块体略微抬升、相向运动、Q岩石应力增大，以及两个块体下方软流层熔融状态物质的类潮汐作用流动。
我们可以利用以下的“块体引力分解模型”进行分析：
图4 块体引力分解模型
其中，M1=岩石圈北印度块体，M2=岩石圈青藏高原块体，M3=软流层物质，M4=其它物质，Fa:Fb=m(M1):m(M2)=新增的天体引力合力，Fa1与Fb1是M1和M2块体的垂直抬升分力，Fa2和Fb2是M1和M2块体的水平作用分力，Q=应力变化的物质区域。
在进行M1与M2的天体受力分析时，我们可以将块体的全部质量抽象化到一个点，设P1(x1,y1)为M1块体的抽象点，P2(x2,y2)为M2块体的抽象点，P1与P2两点之间的距离为S，P1与P2与地心能够确立唯一的平面PlaneP。设L1与L2均存在于这一平面上，且分别与P1和P2所在的地表等势线相切，以P1为顶点，Fa与L1向Q方向延展的射线夹角为∠a，即P1的太阳高度角或180度减去其太阳高度角；以P2为顶点，Fb与L2向Q方向延展的射线夹角为∠b，即P2的太阳高度角或180度减去其太阳高度角。则可以得到：
Fa1=Fa*Sin(a) , a∈(0°, 180°) ,
Fa2=Fa*Cos(a) , a∈(0°, 180°) ,
Fb1=Fb*Sin(b) , b∈(0°, 180°) ,
Fb2=Fb*Cos(b) , b∈(0°, 180°) ,
因为岩石对施加其上的应力具有传递作用，且地表是曲面，所以M1作用于Q的合力Fa2’= Fa2，M1作用于Q的合力Fb2’= Fb2。再设Lq处于PlaneP平面上且经过Q点与地表等势线相切，两线夹角为α，则有Q点所受的合力Fq= Fa2*Cos(α)+ Fb2*Cos(α’)。当地表等势线的半径处于6000余公里，其周长足够长时，我们可以认为Limα->0，Lim Cos(α)->1，这时则有Fq=Fa2+Fb2。此时我们可以带入万有引力公式得到：
z=f(x,y)= G*M*(m1*Cos(x)+ m2*Cos(y))/r^2 , x=a ,y=b ,z=Fq
图5 三维曲面模拟
其中G为引力常数，M为太阳的质量，m1为块体M1的质量，m2为块体M2的质量，r为P1和P2到太阳的距离，在此r可以近似为太阳与地球的距离。通过代入多种多样的m1、m2、x、y标本数据进行概率分析统计，我们发现对于任意给定的M1与M2，当且仅当True(Lim ∠a->0 & Lim ∠b->0)条件成立时，z=Max(z)，即P1(x1,y1)与P2(x2,y2)的经纬度坐标中，|x1-x2|=180°时获得最优解。但这意味着两个块体恰好占有椭球体的两半球，才会获得最优解。因此在地球上这种自然条件并不具备，大部分块体都是零散的并被各个地质断裂带分割。于是我们利用概率学原理对各个块体的质量进行了定级估算，对块体的经度、纬度、进行了统计分析，发现在现实世界中，当Q点处于在南北回归线之间，z=Max(z)时，对应的Q点太阳高度角大约分布在90°±5°左右区间范围内。这意味着绝大多数能量的释放都会集中在各个地震区时区的正午12时前后，且季节集中于当地太阳高度角最大的时间段。但这与我们带入进行模型验证的实际测量数据存在一些微小的差别。
所以我们进一步的将这一模型复杂化，引入了材料物理学的一些概念，为了便于理解，我们先做一个小的思维实验：设想赵盛烨站立在一块平板上，平板落在10个大小形状完全相同的鸡蛋上，鸡蛋落在完全水平的地面上，当赵盛烨保持静止状态时，鸡蛋足以支撑这样的结构，整个系统是完好且稳定的状态。但就在赵盛烨举手挠挠头发的一个瞬间，虽然任何一个鸡蛋都没有发生位移，但所有的鸡蛋都破碎了，平板落到了地面上，这是什么原因呢？如果使用高速摄像机记录鸡蛋破碎的一个瞬间，我们会发现始终能够找到有一个鸡蛋最先破碎的，紧接着与它相邻的鸡蛋陆续破碎了，直到最后一个鸡蛋也破碎了。实验是真实有效的，作者已经进行了相应的验证，读者也可以在生活中验证这样的过程。用哲学的眼光看待这一问题，说明任何的稳定状态都只是暂时的，它与不稳定状态相对，并且能够相互转化。但在物理学家的眼中，这一实验说明了任何稳定的物理结构都有其最为脆弱的子结构，当外部条件超过了使其子结构坍塌的界限时，子结构的坍塌还可能带来整体结构的改变。
在材料物理学家眼中，这个实验的结果是由材料性能决定的。前文已经叙述过，地震的直接因子是块体之间的岩石破碎、坍塌、撞击等物理性质变化引发的大地震动，其中最为常见和威胁最大的就是岩石的破碎。块体之间的物质可以分为三类：第一类是岩浆、水、石油等具有流动性的物质，这种物质不会承载应力；第二类是沙砾、泥土、脆弱的小块体等，只能承受很小的应力，在压强逐渐增大的过程中实时发生形变，这种物质一般不会造成震级强烈的地震；第三种物质是我们研究的主要物质，即强度较大的坚硬岩石，他们往往都是承载块体之间结构形态的物质，在块体之间对冲、挤压、错相等过程中起到了支撑的作用，但也正是这种坚硬的岩石在积累了足够的应力、承载了巨大的压强之后产生了破碎，导致了强烈地震和地表居民的生命财产损失。所以其岩石结构及其材料性能是我们研究和关注的重点。
以往地震学研究领域的关注重点主要集中在地震的监测、测量和地震波的传递现象研究，即便有人关注到岩石的基本性质，也只是深入至其物理强度的测试与测量。事实上对于地球物理学而言，这些都过于表象，宏观的地震研究要放眼到地球这一天体的整体物质运动角度才能做好，甚至要包含对地球各个块体主要边界区域的岩石材料及其内部结构研究。当两个块体对二者之间的岩石产生挤压的时候，随着岩石外部压强的的增大，其内部也会产生与外作用力相对应的内作用力，我们称之为“应力”。在“块体引力分解模型”中为了计算的方便，Q以点的形式存在，事实上也可以抽象为一条线，而现实当中的Q点则是由多个面积不小的不规则曲面组成，该曲面广泛分布于两个块体的交界区域，我们可以将每个接触面定义为S(k)，总接触面为SQ，则有SQ= Sigma( S(1)->S(k) ,k∈Int)。在应力的角度来分析地震之前的物质状态时，我们发现相向挤压的块体会通过S(n)对Q点的岩石Q(n)产生作用，并在Q(n)内部产生垂直于岩石表面的“法向应力”；错向挤压的块体会对Q(n)产生一定的表面静摩擦力，这种摩擦力会导致岩石Q(n)内部产生“切向应力”。事实上，影响岩石材料性能的主要有四个方面的因素，他们分别是岩石的组成成分即化学元素、内部分子的处于稳定状态时的排列结构、分子团按照不同结构堆积的组织形式，以及岩石的外形样式。
判断岩石破碎要现从岩石的外形入手，然后考虑对该岩石施压、让岩石产生新增应力的过程中，其晶体内部结构的晶格、晶粒、分子是否能在相互作用的过程中保持其稳定的状态。在岩石外部加大压强，使其法向应力增大、最终破碎只是导致其结构坍塌的一种低效方法。就像赵盛烨踩鸡蛋的实验一样，尽管很多岩石看起来外形是完好的，但其内部并不是均匀分布的，其内部和表皮始终会存在最脆弱的结构、断层和缺陷点，当以同样的挤压力大小对其施力的过程中，如果调整原有的垂直施力方向，就等于屈服了该岩石的法向应力转而减小其垂直分力大小，并将产生逐渐增强的静摩擦力。静摩擦力作用于岩石以后，岩石内部会产生相应的法向应力，以寻找垂直其表面的纵向压强不能突破的横向晶体结构。与此同时，由于施力的主体也是固态物质，所以会导致岩石表面的压强发生变化，从相对平均的压强分布变为部分表面减弱、部分表面增强。这一施压变化的过程使岩石结构更容易塌陷，最脆弱的微小裂痕由于不能承受更大的压强或更大的切向应力而破碎，微小裂痕的破碎又在空间上形成了外力的加速度，使下一个时间片段中顶替而来的岩石结构必须承载更大的压强，从而出现连锁破碎的效应。这最终导致了块体间坚硬岩石的破碎以及由此引发的强烈地震。
我们对此进行了实验，将直径在10厘米以下、材质不同的20种、60粒石块参入黑土并放入60吨四轴液压机中，从20厘米高度压缩到10厘米高度的过程是悄无声息的，有泥土从四面被挤压落地；从10厘米压缩至5厘米的过程中，压力的大小与石块破碎的个数呈现出线性关系，且有集中爆发的特点；当高度保持在5厘米的时候，我们人为制造压力故障，将液压机的四根液压立柱之一泄压，出现了令人惊讶的效果：虽然总体压力减小了，但由于压力面的倾斜，却出现了石块大范围集中破碎的现象，这证明了我们的物理推理是基本正确的。为了区别于传统地震研究领域的俯冲、走滑、背斜、向斜等原理，我们在这里称这一原理为块体间岩石破碎的“力学偏移原理”。我们再将力学偏移原理带入到块体引力分解模型中，再将块体引力分解模型带入椭球等式中，便可以发现一些从前没有被留意和分析过的地震科学现象，这些现象就是“地球的物质重新分布”宏观理论的观点。（数据分析参见第五章）
观点1：人类活动及其燃烧化石能源、砍伐森林的行为会导致全球平均气温上升、冰川融化、海平面上升等不良后果，同时还会逼迫大洋板块下沉、大陆板块抬升，导致在各个地震带上引发强烈地震、一些活火山喷发。
观点2：强烈地震会引发地球物质分布回归平衡状态，但新的平衡状态与物质迁移前的平衡状态有许多不同，地轴可能发生少量偏移、地球自转速度可能发生一定程度的改变，各地区温度、降水等气候条件会发生永久性的改变。
观点3：地震应具备明显的季节性特征，对于各个地质断裂带会有各自对应的强烈地震爆发季节和强震休眠季节。对中国各个地震断裂带而言，春季是挤压破碎释放能量的高峰季节、秋季是拉伸以及拉伸带来的块体对端断层挤压破碎释放能量的高峰季节。
观点4：地震应具备明显的昼夜特征，春季挤压破碎原因导致的地震，其能量释放多集中于午后，秋季拉伸以及拉伸带来的块体对端断层挤压破碎，其能量释放多集中于夜间。
本章小结：
地球拥有近46亿年的历史，从形成行星的伊始便不断演化至今。从百万年尺度来观察，地球演化的过程受到多种因素的影响。首先是受到大约为地球质量10%的天体撞击并融入地球，这使地球成为一个熔融态、发光、发热的天体；随之而来的就是辐射的耗散和地表的冷却，渐渐的地球从一个活跃物质交换的状态中逐渐休眠下来；在继续冷却的过程中H2O被分化出来，并利用其充分的流动性覆盖了固化地表的低势能区域，并在此后的地球演化过程中发挥了至关重要的作用。直至今天，造星活动的后续演变依然在持续着，这是当前地球各种状态的基础条件；其次是诸多小行星等天体对地球撞击作用的延续。但这些改变是nMa（数十万年）尺度上的变化，对百年尺度的影响是相对微弱的。
地球的物质重新分布宏观理论是以地球基本结构和演变为基础，在千百年尺度上，描述人类活动对地球演化的改变，和地球演化受到人类活动干扰以后为还原原始平衡状态而产生的相应应激反应。这一回归性应激反应在执行的过程中还受到了地外天体的部分影响，因此我们以回归活动为微小天文尺度模型蓝本，导入地外天体对地球的引力作用加以修正，从而指导地震预测预报科学领域的进一步发展。这就是地球的物质重新分布原理的宏观表述。
（后续章节在整理中，敬请期待）
