地震活動能量鋒帶分析研究

摘 要：該文通過大氣能量鋒帶與地震能量鋒帶的分析、類比，揭示出了地震活動可能的發生機制，并闡明地震預報須跟蹤監測地熱變化和地熱釋放，方能達到預報目地。

關鍵詞：能量鋒帶 地震活動 預報目地

關鍵詞：大氣能量鋒帶 地震能量鋒帶 地熱變化和釋放 地震成因 地震預報

中圖分類號：P315.5 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2013）03（c）-00-03

該文對地震活動能源供給，地震能量鋒帶的形成，重視非均勻加熱場作用的研究等問題，予以了闡述和討論。

大氣環流以及天氣動力學理論的建立和完善，只是近幾十年來的事情。依據此理論所創建的一整套天氣圖預報技術，早已被證實為行之有效的天氣預報工具，并顯示出具有強大的生命力。隨著衛星云圖和雷達等探測技術的發展，再配合所繪制的對流層以下各個高度上的等壓面圖和地面天氣形勢圖。全球的大氣環流，高空的槽、脊分布形態，可十分清晰地呈現在人們

面前。

板塊構造學說（亦稱全球構造學說），該學說是法國地質學家勒皮雄1968年提出的。板塊構造學說是在大陸漂移學說和海底擴張學說的基礎上，又根據大量的海洋地質、地球物理、海底地貌等資料，綜合分析而得出的。因而，有人把大陸漂移學說、海底擴張學說和板塊構造學說稱之為全球大地構造理論發展的三部曲。板塊構造學說是近代最盛行的全球構造理論，是當代地學的最重要的理論成就，并被認為是地球科學的一次革命。特別是它以整個地球巖石圈的活動方式為依據，建立起了世界范圍的構造模式，這是其他以大陸范圍地質現象為依據建立的大地構造學說無法比擬的。特別是，該學說很好的解釋了火山、地震多發生在活動斷層內及其分布規律。

眾所周知，當今國內外地震預報難關還沒有突破，基本上還處于被動防御的地步。盡管如此，筆者認為，國內外地學家們孜孜不倦地探索研究，所積累起的寶貴的經驗和所創建的地球構造理論及板塊運動學說，為打開地震預報大門提供了堅實的理論和技術支撐。

1 天氣預報與大氣能量鋒帶

由于太陽輻射會使得赤道低緯度地區的空氣不斷加熱升騰，極地高緯度地區的空氣不斷冷卻堆積。就北半球而言，這樣就會形成南北越來越大的溫差。然而，這樣的局面不可能一直持續下去，必然會出現冷暖空氣的相互運動，以達到維持一種新的南北熱量平衡機制。地球上的空氣運動，在地轉偏向力作用下維持著當前的大氣環流運行狀態。冷、暖氣團相互運動的普遍形式，也就是干冷氣團斜插在暖濕氣團的下部，并不斷驅趕抬升暖濕氣團向前移行，迫使暖濕空氣在冷空氣墊上爬升，因而產會生天氣變化。冷、暖氣團對比越明顯，所造成的天氣變化越劇烈。

1.1 短期天氣預報的工作程序

短期天氣預報的的工作程序，就是每日重復繪制實時的若干天氣圖表，在圖表上找出上游地區的高空槽線和地面冷鋒所處位置，綜合分析判斷出槽線、冷鋒向東移行的速度，就可大致估計出天氣系統影響本地區的時間。再根據衛星、雷達等探測到的實時天氣實況資料，就可對外發布天氣預報了。天氣預報實踐表明，這種半經驗性外推的預報方法，其準確率是高于任何形式的數值預報和統計預報的。

1.2 大氣能量鋒帶的跟蹤、監測

由于高空槽線和地面冷鋒正處于斜插的冷、暖氣團的交界面上，沿交界面狹窄的過渡帶內存在著較大的溫度差異，或者說具有較大的溫度梯度。在氣象學上，把冷、暖氣團交界面內存在的較大的溫度梯度帶，稱之謂“大氣能量鋒帶”，溫度梯度越大，其大氣能量鋒帶越強，所造成的天氣變化越劇烈。大氣能量鋒帶正是天氣變化的觸發機制和制造者。本質上，天氣預報技術就是運用一切可能的手段跟蹤、監測大氣能量鋒帶蹤跡的。由于牢牢抓住了大氣能量鋒帶這個根本，天氣預報獲得成功是在預料之中的，特別是對較大范圍趨勢預報，其把握性更大。當然，由于天氣變化過程的復雜性和多樣性，特別是在影響系統的周邊地帶，空報、漏報還時有發生。以上的天氣預報模型已被廣大天氣工作者所認可，并長時間被天氣預報實踐證實為行之有效的天氣預報工具。

2 地震預報與地震能量鋒帶

已知天氣變化和地震活動都是地球上經常發生的一種自然現象。由于天氣變化發生在地表以上，地震活動孕育發生在地表以下。顯然，其能源供給是各異的。大氣環流及其伴隨的一切天氣變化，在地轉偏向力的作用下，都是太陽對地球輻射加熱分布不均造成的。而太陽輻射加熱只影響到地表淺層15 m深處，不大可能是地震活動和火山爆發的直接能源。

2.1 地震活動的能源供給

在自然界中，已知分布于地球內部物質中的放射性元素衰變產生的能量，對地熱的產生是存在的客觀事實。而根據鉆探可知，除地表淺層外，地心引力（重力）隨地表以下深度的增加而溫度增高，每向下鉆探1公里的深度，溫度大約增高約30 ℃，可以推測，直到深度為40 km處，而溫度增高1200 ℃。該溫度正是巖石熔化的臨界溫度，促使地球內部地幔物質的形成。除地表淺層以外，地殼隨深度增加溫度增高的原因，應是地心引力和放射能共同作用的結果。地心引力隨深度導致的壓力（重力）增加，促使巖石分子的排列更加密實，從而導致溫度的增高。直到溫度達到1200 ℃時，巖石分子排列的晶格結構遭到破壞，巖石分子之間晶格結合能被釋放出來，而巖石變成半流體巖漿形態。本質上，地熱是由地心引力（重力）能和放射能轉化而來的。該推論，與應用地震波探測地球內部結構的結果，是相吻合的。

根據地震波探測地球內部結構表明，地球分為地殼、地幔和地核三部分組成。大陸地殼厚度為40 km是固體形態，地殼底部與地幔相接面稱為莫霍面，地幔為半流體巖漿形態。莫霍面以下的溫度隨深度仍然越來越高，必然導致地幔物質緩慢的翻騰對流。同時，太陽系大環境的任何可能變異，都會導致地球自轉角速度的非均勻變化，而產生震蕩。

原則上，地心引力（重力）導致的地下熱能是取之不盡和用之不完的。因而，地球上的火山和地震活動一刻也沒有停止的跡象。通過這種火山和地震活動的地熱釋放機制，維持著地球自身現有的穩定的結構形態。

2.2 地震發生與地震能量鋒帶形成

漂浮在地幔物質層以上的地殼各個板塊，受地幔物質熱力對流和震蕩的沖擊，各板塊之間必然呈現出相互拉伸、擠壓和錯動等復雜的運動形態。在某一區域，當兩個板塊之間相互擠壓、錯動達到一定的猛烈程度時，沿交界面之間，必然會同時產生出大量的熱量（地熱），擠壓力越大，所產生的熱量就越多，甚至使得巖石介質達到熔融的地步。顯然，此處的地熱是由板塊運動的機械能轉換而來，本質上仍是由地心引力能和放射能提供的。地殼板塊之間，所呈現出的熾熱的交界面，在狹窄的過渡帶內與兩旁的地殼板塊溫度相比較，呈現出了巨大的溫度差異或者說巨大的溫度梯度。地殼板塊交界面間的巨大溫差與冷、暖氣團交界面處的大氣能量鋒帶有著驚人的相似之處。在此，我們稱之為“地震能量

鋒帶”。

眾所周知，大氣能量鋒帶是劇烈天氣變化的觸發機制和制造者，天氣預報技術的實質，就是跟蹤、監測大氣能量帶蹤跡的。不禁要問，地震預報是否也要跟蹤、監測地震能量鋒帶呢？答案是肯定的。根據物質熱脹冷縮的原理，處于熾熱狀態交界面處巖石介質與兩旁地殼板塊之間巨大的水平溫差，必然導致地殼巖石介質膨脹系數的巨大差異。因而，會產生出不可抗拒的爆破力。沿交界面水平膨脹系數對比最大處，就有可能觸發火山、地震的發生。該膨脹系數對比最大處，也正是震源所在的地方。處于沿交界面不同部位的其他膨脹系數對比較大處，也為后來的余震發生埋下了不穩定因素。

在此，應著重指出，只談地殼板塊沿交界面的擠壓、錯動，而不談有熱量的參與是不可想象的，火山爆發的噴射力、地震活動的破壞力決不會有那么大，這很可能是地震預報難關遲遲不能突破的癥結所在，也不符合能量轉換定律。因此，地震能量鋒帶也必然是地震活動的觸發機制和制

造者。

2.3 重視非均勻加熱場作用的研究

總之，在水平方向上，太陽輻射對赤道低緯度和極地高緯度區域之間的非均勻加熱，是造成大氣環流運動和天氣變化的原始驅動力。在地殼內部的垂直方向上，地心引力（重力）隨地下深度增加而溫度增高的非均勻加熱，是造成火山、地震活動的的原始驅動力。地球上一切自然現象的發生、發展，都和非均勻加熱場密不可分，重視非均勻加熱場作用的研究是很有科學意義的一項研究課題。

還應特別指出，我們只能借助天氣變化的大氣能量鋒帶來類推地震鋒帶的存在，這是筆者多年來跟自然打交道知識和經驗的累積而導出的。眾所周知，在當今還無法直接獲取有關地震能量鋒帶信息的觀測證據下，應當客觀地看待這一不可逾越的問題，不一定非得要馬上拿出證據不可。實際上，由于一切自然事物變化規律的共性所在，借助經典的萬有引力定律、能量轉換定律等推導的一些結論是無可非議的，也是很合乎邏輯推理的。何況每次重大科學事實的發現，都是首先經過這種設想和推理這個步驟的。

3 如何跟蹤，監測地震能量鋒帶

地震能量鋒帶如何才能跟蹤、監測到？這需要我們改變一下傳統的思維模式和探測手段。由于地震能量鋒帶是由地殼板塊運動，在交接面內產生的大量熱量形成的，這就為在發震前孕震過程中有部分熱量沿既存斷裂和新裂隙上竄，逃逸到地表淺層或地表以外提供了天然通道。

3.1 地震前有關地熱釋放的一些研究

1976年7月28日唐山7.8級大地震發生后不久，筆者受命親赴唐山震區考察發震前后有無氣象異常的使命，僅就當時的氣象臺站觀測記錄，就發現震前4 d唐山、昌黎兩個測站80 cm深地溫日變化，分別突升1.1 ℃和1.2 ℃的事實[1-2]。這決非偶然。因為，通常情況下多在0.4 ℃以內上下擺動。為了避免外界因素的干擾，當時40 cm、20 cm和地表地溫記錄都沒有被采用。臨震前，沿西南—東北的構造斷裂方向，唐山到昌黎的“地熱顯示區”已赫然呈現在人們面前。唐山地震已過去36年了，留給世人的慘痛教訓和珍貴的資料信息是無價的。不只是唐山地震前有地溫突升現象，國內外有許多震例臨震前都有地溫、水溫突升記錄[3]。

3.2 組建地溫觀測網與衛星熱紅外遙感相融合的地熱監測系統

2008年汶川8.0級大地震后，筆者一再積極倡導，組建地溫觀測網與衛星熱紅外遙感相融合的天地一體化地熱監測系統[4-10]。并著重指出，從我國的國情出發，無需太大的投資，而是充分利用現有氣象部門2800個測站，地震部門1400個測站，必要時成千上萬個自動氣象站和無數個地震群策點，統一部署組建80 cm深以下地溫觀測網，并納入到地震監測網。可以預料，我國當前現有的的監測地震活動的能力和水平，必將會得到大幅度提升。

還指出，地熱是地震活動能量的主要來源。突破地震預報，特別是臨震預報的著眼點應當回到對地熱變化、地熱釋放的研究和探測這個主題上。同時，要設法避開或擺脫外界天氣變化等干擾因素的影響，因為地震活動和天氣變化不是來自同一個能源。抓住地熱變化、地熱釋放這個主題再配合地電、地磁異常變化以及動物的異常反應等手段，這一切也都顯得十分必要。因為，無論哪一次地震也無論哪里的地震，這些都是臨震前必然發生的自然現象，這是由孕震、發震的物理過程和本質所決定的。

總之，牢牢抓住地熱變化、地熱釋放這個主題，地震成因、地震預報似乎已變得十分清晰、明朗，也很符合物理法則。很可能如同天氣預報牢牢抓住了大氣能量鋒帶的蹤跡一樣，為今后臨震預報開辟出一條嶄新的途徑。

4 結語

天氣預報之所以能獲得成功，是因為牢牢抓住了大氣能量鋒帶，而大氣能量鋒帶正是天氣變化的制造者。因此，地震預報也必然通過跟蹤、監測地震能量鋒帶，方能達到目的。由該文可以歸結出，天氣變化和地震活動發生的簡單模式。太陽的非均勻加熱，導致大氣環流和冷、暖氣團的運動，冷、暖氣團交界面內的大氣能量鋒帶，導致一系列天氣現象的發生。而地幔熱力對流，導致地殼板塊的運動，板塊交界面內形成的地震能量鋒帶，導致地震等一系列構造活動發生。

參考文獻

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