地震地熱說原理—地震地熱說的最早論述（代序）
2020-10-18 SeismanSeisman
關於「地震地熱說」的假說
4.1 有關地殼熱狀態的一般原理
， (1)式中，q為垂直向上的傳導熱流通量（單位HFU，即10-6卡/釐米2·秒），θ為溫度（單位℃），ρ和ρˊ分別表示靜止和運動物質的密度（單位為克/釐米3），c和cˊ分別表示物質的靜止和運動的熱容（單位為卡/克·℃），v是體積熱容為ρˊcˊ的物質向上的體積通量（單位為釐米3/釐米2·秒），ρc則是任一靜態單元中相應的量；z為深度，t為時間。
Lachenbruch等根據美國的熱流測量和地殼狀態，認為式（1）右邊的第一項A代表地殼中放射性物質衰變所產生的熱。不論地殼裡還會發生什麼過程，放射性物質衰變是一直進行著的。式（1）右邊的第二項代表地殼和上地幔之間物質相對運移所產生的熱對流，最後一項則表示固體巖塊沿斷層的運動、巖漿和水溶液流體的湧入等所造成的間歇的或短暫的瞬變擾動，地震、火山、熱泉等就屬於這一類擾動。美國西半部的地熱流高異常區與美國西海岸（太平洋東岸）的強震帶相吻合，以及全球火山分布與強震分布驚人的相似（阜新煤礦學院，1961），就是明顯的例證。反過來似乎也可以認為，地震、火山和熱泉與地熱是互為因果的。也就是說，這些過程可能是地熱擾動的原因之一，但同時也可能是地熱擾動的結果之一。或者說，地震活動與火山爆發正是地殼熱狀態趨於平衡的調節方式。
4.2 地震地熱說及其對中國強震活動狀態的解釋
長期以來，人們一直在設想，地球可能基本上是一個「熱機」（北京大學地震地質教研室等，1982；A.E. Scheidegger，1982）。也就是說，引起地球動力學效應的能量可能來源於熱現象。然而，對於地球的熱歷史和熱狀態，迄今人們了解得非常不夠，很多問題都處於推理甚至推測之中（李四光，1972；張少泉，1988；J. A. Jacobs，1974）。本文只就中國近30年來有儀器記錄的地震史，局限在地震活動性力學的範疇內（傅徵祥，1997），對強震活動的總體規律尋求某種理論上的解釋，因而提出了「地震地熱」的假說。
假說認為，中國的吉林琿春、臺灣、雲南—緬甸交界以及帕米爾—興都庫什等4個中、深源地震區可能是四大深部「熱點」（A.E. Scheidegger, 1982; 劉肇昌，1985），高溫高壓下的地幔物質和巖石圈底部部分熔融的物質在某種共同機制的制約下相互作用，以快速運移或者「暴沸」的方式形成中、深源地震，其能量釋放主要以熱能的方式通過傳導和遷移（高溫高壓下的氣體、滷水或巖漿等）依次傳達到地殼內各地層，相繼引發各地層的地震活動，最後達到近地表層，通過地表層的晚期隨機地震活動將剩餘熱能消減完畢，構成一個完整的「地震鏈」過程。如此往復，周而復始，4個「熱點」活動錯落交替，構成了中國地震活動複雜的過程與格局。但是，只有當4個深部「熱點」整體活動時，才有可能形成猶如70年代那樣的地震活動高潮期。
按照這一假說，中國近30年來的強震活動狀態可以得到非常好的解釋。60年代中期至80年代初期，中國經歷了一場地震的大災難。第一活動時段內4個中、深源地震區同時出現較為頻繁的5級以上的地震活動，最大地震為1973年9月29日東北深震（震中41°48ˊN，130°54ˊE；MS7.6；深度h=589㎞），其後地熱從巖石圈底部逐漸向地表傳遞，第二、三活動時段則以近地表地層的活動為主，而且由有序活動向隨機過程轉化的活動狀態正是調整與消減的過程。在整個「地震鏈」的過程中，最底層是一個「能動層」；表層是「多震層」，也就是「散熱層」（將熱能轉化為以機械能為主的能量形式消耗掉）；中間層能量呈漸進式釋放，相當於「儲能層」。如果將式（1）中右邊的第一項視為常量（以常規方式產生，以常規方式釋放），則這個「地震鏈」的過程是通過第二、三兩項的相互調整、此消彼長來達到動態平衡的。一個完整的地震鏈過程大致包括能量的大釋放（高潮期）、近地表層的集中釋放（調整期）和地表層隨機的殘餘釋放（消減期）等3個地震活動階段。
4.3 地震地熱說的證據
⑴ 深源地震本身的證據 眾所周知，即使7級以上的強烈深源地震也不會造成地表破壞。就是說，它的能量並沒有得到真正意義上的釋放，只是實現了能量的轉移，由深層向淺表、由高熱處向低熱處的轉移。蔣凡（1978）曾經指出過東北地區深震與淺源地震的相關性。
⑵ 深部探測方面的證據 華北地區深部探測揭示了兩個重要的事實（劉國棟，1989）。一是強震活動主要分布在上地幔高導層隆起帶的兩側和高導層隆起寬度發生突然變化的地帶以及高導層構造方向發生轉折的地帶。上地幔高導層具有較高的部分熔融含量，易表現為較大規模的底闢上移或對流上升。二是強震帶一般分布在大地熱流值從高值向低值過度的地帶，即居裡等溫點深度較淺或變化較快的地帶。高溫-低溫過度區是承受擠壓的地帶，也是溫差剪切應力最大的地帶。南北地震帶也發現類似的情形（南北地震帶近期強震危險性研究組，1989；閆志德等，1989）。
⑶ 淺源地震成因方面的證據 我國絕大多數地震都發生在切割地表較深的活動斷裂帶上。活斷層的活動方式主要有兩種：蠕動與粘滑。這兩種活動方式都需要高溫、高壓的條件。試驗表明，溫度低於500℃時斷層兩側巖體可以產生粘滑，大於500℃時則呈緩慢的蠕動和蠕變（黃培華等，1982；韓健等，1998）。如果按照地震的粘滑機制說，地震能否發生，溫度是一個極為重要的邊界條件。
⑷ 地震前兆方面的證據 地震地熱說必然導致地殼內部熱狀態的異常。地殼內部熱狀態的異常幾乎可以對所有目前我們所觀測到的地震前兆現象作出十分有利的解釋。地溫（劉培洵等，1997）、地熱（中國地震局預測預防司，1998）、地光（黃錄基等，1979）、地形變、大地形變測量（沈永堅等，1989）、重力、地磁、地電、地下水等等學科類的異常，甚至包括地震學方面的波速異常與品質因子的變化，都有可能與地殼內部熱狀態的異常有關。梅世蓉教授等（1993）解釋地震前兆異常機制時提到了巖漿的衝熔作用和暴沸機制。陳章立教授（1998）在他主編的《大陸地震預報的方法和理論》一書中指出：「地熱對地震孕育與發生過程的貢獻，可能還遠不只是對應力-應變與斷裂活動方式的影響。初步研究結果表明，在華北北部地區的強震發生過程中，地熱可能起著決定性的作用。」
⑸ 理論研究方面的證據 徐常芳教授（1996a，1996b）根據MT法探測結果指出，中國大陸地殼中存在高導層，其內活動著高溫、高濃度的滷水，可能是形成淺源地震的主要原因。傅承義教授（1976）的紅腫學說、車用太教授等（1997）的堅固體膨脹-熱物質湧落（DR）模式是和「地震地熱說」相吻合的。朱傳鎮教授等（1982）的研究表明唐山地震發生時可能有熱物質的上湧，曾融生教授（1988）進一步指出了熱物質上湧的通道條件。這些，無疑都是「地震地熱說」的極好證據。
08/02/1999
特別申明：
本文節自作者本人的科研論文《中國地震震源深度與強震活動狀態研究》。該文初稿於1999年8月，當年12月在中國地震局香山會議上宣講，得到丁國瑜院士的鼓勵、支持和指導，其後發表在《地震地質》雜誌2000年第4期（Vol.22，No.4，360-370）。發表時由於篇幅限制刪掉了4.1節，此次重載因未附圖而作了必要的文字調整。
作者近年來重新定義了全球的24個地震柱構造，找到了地球熱能由地幔深部上升到地表的固有通道，從而為地震地熱說奠定了堅實的物質基礎。竊以為有必要將這一假說發揚光大，造福人類。
作者於近期將以科研筆記的方式陸續推出《地震地熱說原理》，敬請關注、批評和指導。
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