地 震 地 热 说 原 理

地震地热说的最早论述（代序）

Seisman

关于“地震地热说”的假说

4.1  有关地壳热状态的一般原理

A.H. Lachenbruch等（1977）在讨论地热特征时将地壳里热的发生、传递和储存关系简化为一维地由地底向上的简单模型q（z），关系式为

                  ，                                  (1)

式中，q为垂直向上的传导热流通量（单位HFU，即10-6卡/厘米2·秒），θ为温度（单位℃），ρ和ρˊ分别表示静止和运动物质的密度（单位为克/厘米3），c和cˊ分别表示物质的静止和运动的热容（单位为卡/克·℃），v是体积热容为ρˊcˊ的物质向上的体积通量（单位为厘米3/厘米2·秒），ρc则是任一静态单元中相应的量；z为深度，t为时间。

Lachenbruch等根据美国的热流测量和地壳状态，认为式（1）右边的第一项A代表地壳中放射性物质衰变所产生的热。不论地壳里还会发生什么过程，放射性物质衰变是一直进行着的。式（1）右边的第二项代表地壳和上地幔之间物质相对运移所产生的热对流，最后一项则表示固体岩块沿断层的运动、岩浆和水溶液流体的涌入等所造成的间歇的或短暂的瞬变扰动，地震、火山、热泉等就属于这一类扰动。美国西半部的地热流高异常区与美国西海岸（太平洋东岸）的强震带相吻合，以及全球火山分布与强震分布惊人的相似（阜新煤矿学院，1961），就是明显的例证。反过来似乎也可以认为，地震、火山和热泉与地热是互为因果的。也就是说，这些过程可能是地热扰动的原因之一，但同时也可能是地热扰动的结果之一。或者说，地震活动与火山爆发正是地壳热状态趋于平衡的调节方式。

4.2  地震地热说及其对中国强震活动状态的解释

长期以来，人们一直在设想，地球可能基本上是一个“热机”（北京大学地震地质教研室等，1982；A. E. Scheidegger，1982）。也就是说，引起地球动力学效应的能量可能来源于热现象。然而，对于地球的热历史和热状态，迄今人们了解得非常不够，很多问题都处于推理甚至推测之中（李四光，1972；张少泉，1988；J. A. Jacobs，1974）。本文只就中国近30年来有仪器记录的地震史，局限在地震活动性力学的范畴内（傅征祥，1997），对强震活动的总体规律寻求某种理论上的解释，因而提出了“地震地热”的假说。

假说认为，中国的吉林珲春、台湾、云南—缅甸交界以及帕米尔—兴都库什等4个中、深源地震区可能是四大深部“热点”（A. E. Scheidegger, 1982; 刘肇昌，1985），高温高压下的地幔物质和岩石圈底部部分熔融的物质在某种共同机制的制约下相互作用，以快速运移或者“暴沸”的方式形成中、深源地震，其能量释放主要以热能的方式通过传导和迁移（高温高压下的气体、卤水或岩浆等）依次传达到地壳内各地层，相继引发各地层的地震活动，最后达到近地表层，通过地表层的晚期随机地震活动将剩余热能消减完毕，构成一个完整的“地震链”过程。如此往复，周而复始，4个“热点”活动错落交替，构成了中国地震活动复杂的过程与格局。但是，只有当4个深部“热点”整体活动时，才有可能形成犹如70年代那样的地震活动高潮期。

按照这一假说，中国近30年来的强震活动状态可以得到非常好的解释。60年代中期至80年代初期，中国经历了一场地震的大灾难。第一活动时段内4个中、深源地震区同时出现较为频繁的5级以上的地震活动，最大地震为1973年9月29日东北深震（震中41°48ˊN，130°54ˊE；MS7.6；深度h=589㎞），其后地热从岩石圈底部逐渐向地表传递，第二、三活动时段则以近地表地层的活动为主，而且由有序活动向随机过程转化的活动状态正是调整与消减的过程。在整个“地震链”的过程中，最底层是一个“能动层”；表层是“多震层”，也就是“散热层”（将热能转化为以机械能为主的能量形式消耗掉）；中间层能量呈渐进式释放，相当于“储能层”。如果将式（1）中右边的第一项视为常量（以常规方式产生，以常规方式释放），则这个“地震链”的过程是通过第二、三两项的相互调整、此消彼长来达到动态平衡的。一个完整的地震链过程大致包括能量的大释放（高潮期）、近地表层的集中释放（调整期）和地表层随机的残余释放（消减期）等3个地震活动阶段。

4.3  地震地热说的证据

⑴  深源地震本身的证据  众所周知，即使7级以上的强烈深源地震也不会造成地表破坏。就是说，它的能量并没有得到真正意义上的释放，只是实现了能量的转移，由深层向浅表、由高热处向低热处的转移。蒋凡（1978）曾经指出过东北地区深震与浅源地震的相关性。

⑵  深部探测方面的证据  华北地区深部探测揭示了两个重要的事实（刘国栋，1989）。一是强震活动主要分布在上地幔高导层隆起带的两侧和高导层隆起宽度发生突然变化的地带以及高导层构造方向发生转折的地带。上地幔高导层具有较高的部分熔融含量，易表现为较大规模的底辟上移或对流上升。二是强震带一般分布在大地热流值从高值向低值过度的地带，即居里等温点深度较浅或变化较快的地带。高温-低温过度区是承受挤压的地带，也是温差剪切应力最大的地带。南北地震带也发现类似的情形（南北地震带近期强震危险性研究组，1989；闫志德等，1989）。

⑶  浅源地震成因方面的证据  我国绝大多数地震都发生在切割地表较深的活动断裂带上。活断层的活动方式主要有两种：蠕动与粘滑。这两种活动方式都需要高温、高压的条件。试验表明，温度低于500℃时断层两侧岩体可以产生粘滑，大于500℃时则呈缓慢的蠕动和蠕变（黄培华等，1982；韩健等，1998）。如果按照地震的粘滑机制说，地震能否发生，温度是一个极为重要的边界条件。

⑷  地震前兆方面的证据  地震地热说必然导致地壳内部热状态的异常。地壳内部热状态的异常几乎可以对所有目前我们所观测到的地震前兆现象作出十分有利的解释。地温（刘培洵等，1997）、地热（中国地震局预测预防司，1998）、地光（黄录基等，1979）、地形变、大地形变测量（沈永坚等，1989）、重力、地磁、地电、地下水等等学科类的异常，甚至包括地震学方面的波速异常与品质因子的变化，都有可能与地壳内部热状态的异常有关。梅世蓉教授等（1993）解释地震前兆异常机制时提到了岩浆的冲熔作用和暴沸机制。陈章立教授（1998）在他主编的《大陆地震预报的方法和理论》一书中指出：“地热对地震孕育与发生过程的贡献，可能还远不只是对应力-应变与断裂活动方式的影响。初步研究结果表明，在华北北部地区的强震发生过程中，地热可能起着决定性的作用。”

⑸  理论研究方面的证据  徐常芳教授（1996a，1996b）根据MT法探测结果指出，中国大陆地壳中存在高导层，其内活动着高温、高浓度的卤水，可能是形成浅源地震的主要原因。傅承义教授（1976）的红肿学说、车用太教授等（1997）的坚固体膨胀-热物质涌落（DR）模式是和“地震地热说”相吻合的。朱传镇教授等（1982）的研究表明唐山地震发生时可能有热物质的上涌，曾融生教授（1988）进一步指出了热物质上涌的通道条件。这些，无疑都是“地震地热说”的极好证据。

08/02/1999

特别申明：

本文节自作者本人的科研论文《中国地震震源深度与强震活动状态研究》。该文初稿于1999年8月，当年12月在中国地震局香山会议上宣讲，得到丁国瑜院士的鼓励、支持和指导，其后发表在《地震地质》杂志2000年第4期（Vol.22，No.4，360-370）。发表时由于篇幅限制删掉了4.1节，此次重载因未附图而作了必要的文字调整。

作者近年来重新定义了全球的22个地震地幔柱，找到了地球热能由地幔深部上升到地表的固有通道，从而为地震地热说奠定了坚实的物质基础，窃以为有必要将这一假说发扬光大，造福人类。

作者于近期将以科研笔记的方式陆续推出《地震地热说原理》，敬请关注、批评和指导。

（Seisman  2011.3.27）