地震活動(dòng)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(dòng)可能的發(fā)生機(jī)制，并闡明地震預(yù)報(bào)須跟蹤監(jiān)測(cè)地?zé)嶙兓偷責(zé)後尫?，方能達(dá)到預(yù)報(bào)目地。

關(guān)鍵詞：能量鋒帶 地震活動(dòng) 預(yù)報(bào)目地

關(guān)鍵詞：大氣能量鋒帶 地震能量鋒帶 地?zé)嶙兓歪尫?地震成因 地震預(yù)報(bào)

中圖分類號(hào)：P315.5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2013）03（c）-00-03

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

大氣環(huán)流以及天氣動(dòng)力學(xué)理論的建立和完善，只是近幾十年來的事情。依據(jù)此理論所創(chuàng)建的一整套天氣圖預(yù)報(bào)技術(shù)，早已被證實(shí)為行之有效的天氣預(yù)報(bào)工具，并顯示出具有強(qiáng)大的生命力。隨著衛(wèi)星云圖和雷達(dá)等探測(cè)技術(shù)的發(fā)展，再配合所繪制的對(duì)流層以下各個(gè)高度上的等壓面圖和地面天氣形勢(shì)圖。全球的大氣環(huán)流，高空的槽、脊分布形態(tài)，可十分清晰地呈現(xiàn)在人們

面前。

板塊構(gòu)造學(xué)說（亦稱全球構(gòu)造學(xué)說），該學(xué)說是法國(guó)地質(zhì)學(xué)家勒皮雄1968年提出的。板塊構(gòu)造學(xué)說是在大陸漂移學(xué)說和海底擴(kuò)張學(xué)說的基礎(chǔ)上，又根據(jù)大量的海洋地質(zhì)、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(xué)說、海底擴(kuò)張學(xué)說和板塊構(gòu)造學(xué)說稱之為全球大地構(gòu)造理論發(fā)展的三部曲。板塊構(gòu)造學(xué)說是近代最盛行的全球構(gòu)造理論，是當(dāng)代地學(xué)的最重要的理論成就，并被認(rèn)為是地球科學(xué)的一次革命。特別是它以整個(gè)地球巖石圈的活動(dòng)方式為依據(jù)，建立起了世界范圍的構(gòu)造模式，這是其他以大陸范圍地質(zhì)現(xiàn)象為依據(jù)建立的大地構(gòu)造學(xué)說無法比擬的。特別是，該學(xué)說很好的解釋了火山、地震多發(fā)生在活動(dòng)斷層內(nèi)及其分布規(guī)律。

眾所周知，當(dāng)今國(guó)內(nèi)外地震預(yù)報(bào)難關(guān)還沒有突破，基本上還處于被動(dòng)防御的地步。盡管如此，筆者認(rèn)為，國(guó)內(nèi)外地學(xué)家們孜孜不倦地探索研究，所積累起的寶貴的經(jīng)驗(yàn)和所創(chuàng)建的地球構(gòu)造理論及板塊運(yùn)動(dòng)學(xué)說，為打開地震預(yù)報(bào)大門提供了堅(jiān)實(shí)的理論和技術(shù)支撐。

1 天氣預(yù)報(bào)與大氣能量鋒帶

由于太陽(yáng)輻射會(huì)使得赤道低緯度地區(qū)的空氣不斷加熱升騰，極地高緯度地區(qū)的空氣不斷冷卻堆積。就北半球而言，這樣就會(huì)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(xù)下去，必然會(huì)出現(xiàn)冷暖空氣的相互運(yùn)動(dòng)，以達(dá)到維持一種新的南北熱量平衡機(jī)制。地球上的空氣運(yùn)動(dòng)，在地轉(zhuǎn)偏向力作用下維持著當(dāng)前的大氣環(huán)流運(yùn)行狀態(tài)。冷、暖氣團(tuán)相互運(yùn)動(dòng)的普遍形式，也就是干冷氣團(tuán)斜插在暖濕氣團(tuán)的下部，并不斷驅(qū)趕抬升暖濕氣團(tuán)向前移行，迫使暖濕空氣在冷空氣墊上爬升，因而產(chǎn)會(huì)生天氣變化。冷、暖氣團(tuán)對(duì)比越明顯，所造成的天氣變化越劇烈。

1.1 短期天氣預(yù)報(bào)的工作程序

短期天氣預(yù)報(bào)的的工作程序，就是每日重復(fù)繪制實(shí)時(shí)的若干天氣圖表，在圖表上找出上游地區(qū)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(jì)出天氣系統(tǒng)影響本地區(qū)的時(shí)間。再根據(jù)衛(wèi)星、雷達(dá)等探測(cè)到的實(shí)時(shí)天氣實(shí)況資料，就可對(duì)外發(fā)布天氣預(yù)報(bào)了。天氣預(yù)報(bào)實(shí)踐表明，這種半經(jīng)驗(yàn)性外推的預(yù)報(bào)方法，其準(zhǔn)確率是高于任何形式的數(shù)值預(yù)報(bào)和統(tǒng)計(jì)預(yù)報(bào)的。

1.2 大氣能量鋒帶的跟蹤、監(jiān)測(cè)

由于高空槽線和地面冷鋒正處于斜插的冷、暖氣團(tuán)的交界面上，沿交界面狹窄的過渡帶內(nèi)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(xué)上，把冷、暖氣團(tuán)交界面內(nèi)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(qiáng)，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(fā)機(jī)制和制造者。本質(zhì)上，天氣預(yù)報(bào)技術(shù)就是運(yùn)用一切可能的手段跟蹤、監(jiān)測(cè)大氣能量鋒帶蹤跡的。由于牢牢抓住了大氣能量鋒帶這個(gè)根本，天氣預(yù)報(bào)獲得成功是在預(yù)料之中的，特別是對(duì)較大范圍趨勢(shì)預(yù)報(bào)，其把握性更大。當(dāng)然，由于天氣變化過程的復(fù)雜性和多樣性，特別是在影響系統(tǒng)的周邊地帶，空?qǐng)?bào)、漏報(bào)還時(shí)有發(fā)生。以上的天氣預(yù)報(bào)模型已被廣大天氣工作者所認(rèn)可，并長(zhǎng)時(shí)間被天氣預(yù)報(bào)實(shí)踐證實(shí)為行之有效的天氣預(yù)報(bào)工具。

2 地震預(yù)報(bào)與地震能量鋒帶

已知天氣變化和地震活動(dòng)都是地球上經(jīng)常發(fā)生的一種自然現(xiàn)象。由于天氣變化發(fā)生在地表以上，地震活動(dòng)孕育發(fā)生在地表以下。顯然，其能源供給是各異的。大氣環(huán)流及其伴隨的一切天氣變化，在地轉(zhuǎn)偏向力的作用下，都是太陽(yáng)對(duì)地球輻射加熱分布不均造成的。而太陽(yáng)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(dòng)和火山爆發(fā)的直接能源。

2.1 地震活動(dòng)的能源供給

在自然界中，已知分布于地球內(nèi)部物質(zhì)中的放射性元素衰變產(chǎn)生的能量，對(duì)地?zé)岬漠a(chǎn)生是存在的客觀事實(shí)。而根據(jù)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(cè)，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(nèi)部地幔物質(zhì)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(yīng)是地心引力和放射能共同作用的結(jié)果。地心引力隨深度導(dǎo)致的壓力（重力）增加，促使巖石分子的排列更加密實(shí)，從而導(dǎo)致溫度的增高。直到溫度達(dá)到1200 ℃時(shí)，巖石分子排列的晶格結(jié)構(gòu)遭到破壞，巖石分子之間晶格結(jié)合能被釋放出來，而巖石變成半流體巖漿形態(tài)。本質(zhì)上，地?zé)崾怯傻匦囊Γㄖ亓Γ┠芎头派淠苻D(zhuǎn)化而來的。該推論，與應(yīng)用地震波探測(cè)地球內(nèi)部結(jié)構(gòu)的結(jié)果，是相吻合的。

根據(jù)地震波探測(cè)地球內(nèi)部結(jié)構(gòu)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(tài)，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(tài)。莫霍面以下的溫度隨深度仍然越來越高，必然導(dǎo)致地幔物質(zhì)緩慢的翻騰對(duì)流。同時(shí)，太陽(yáng)系大環(huán)境的任何可能變異，都會(huì)導(dǎo)致地球自轉(zhuǎn)角速度的非均勻變化，而產(chǎn)生震蕩。

原則上，地心引力（重力）導(dǎo)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(dòng)一刻也沒有停止的跡象。通過這種火山和地震活動(dòng)的地?zé)後尫艡C(jī)制，維持著地球自身現(xiàn)有的穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)形態(tài)。

2.2 地震發(fā)生與地震能量鋒帶形成

漂浮在地幔物質(zhì)層以上的地殼各個(gè)板塊，受地幔物質(zhì)熱力對(duì)流和震蕩的沖擊，各板塊之間必然呈現(xiàn)出相互拉伸、擠壓和錯(cuò)動(dòng)等復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)形態(tài)。在某一區(qū)域，當(dāng)兩個(gè)板塊之間相互擠壓、錯(cuò)動(dòng)達(dá)到一定的猛烈程度時(shí)，沿交界面之間，必然會(huì)同時(shí)產(chǎn)生出大量的熱量（地?zé)幔瑪D壓力越大，所產(chǎn)生的熱量就越多，甚至使得巖石介質(zhì)達(dá)到熔融的地步。顯然，此處的地?zé)崾怯砂鍓K運(yùn)動(dòng)的機(jī)械能轉(zhuǎn)換而來，本質(zhì)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(xiàn)出的熾熱的交界面，在狹窄的過渡帶內(nèi)與兩旁的地殼板塊溫度相比較，呈現(xiàn)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(tuán)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(fā)機(jī)制和制造者，天氣預(yù)報(bào)技術(shù)的實(shí)質(zhì)，就是跟蹤、監(jiān)測(cè)大氣能量帶蹤跡的。不禁要問，地震預(yù)報(bào)是否也要跟蹤、監(jiān)測(cè)地震能量鋒帶呢？答案是肯定的。根據(jù)物質(zhì)熱脹冷縮的原理，處于熾熱狀態(tài)交界面處巖石介質(zhì)與兩旁地殼板塊之間巨大的水平溫差，必然導(dǎo)致地殼巖石介質(zhì)膨脹系數(shù)的巨大差異。因而，會(huì)產(chǎn)生出不可抗拒的爆破力。沿交界面水平膨脹系數(shù)對(duì)比最大處，就有可能觸發(fā)火山、地震的發(fā)生。該膨脹系數(shù)對(duì)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(shù)對(duì)比較大處，也為后來的余震發(fā)生埋下了不穩(wěn)定因素。

在此，應(yīng)著重指出，只談地殼板塊沿交界面的擠壓、錯(cuò)動(dòng)，而不談?dòng)袩崃康膮⑴c是不可想象的，火山爆發(fā)的噴射力、地震活動(dòng)的破壞力決不會(huì)有那么大，這很可能是地震預(yù)報(bào)難關(guān)遲遲不能突破的癥結(jié)所在，也不符合能量轉(zhuǎn)換定律。因此，地震能量鋒帶也必然是地震活動(dòng)的觸發(fā)機(jī)制和制

造者。

2.3 重視非均勻加熱場(chǎng)作用的研究

總之，在水平方向上，太陽(yáng)輻射對(duì)赤道低緯度和極地高緯度區(qū)域之間的非均勻加熱，是造成大氣環(huán)流運(yùn)動(dòng)和天氣變化的原始驅(qū)動(dòng)力。在地殼內(nèi)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(dòng)的的原始驅(qū)動(dòng)力。地球上一切自然現(xiàn)象的發(fā)生、發(fā)展，都和非均勻加熱場(chǎng)密不可分，重視非均勻加熱場(chǎng)作用的研究是很有科學(xué)意義的一項(xiàng)研究課題。

還應(yīng)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(shí)和經(jīng)驗(yàn)的累積而導(dǎo)出的。眾所周知，在當(dāng)今還無法直接獲取有關(guān)地震能量鋒帶信息的觀測(cè)證據(jù)下，應(yīng)當(dāng)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(jù)不可。實(shí)際上，由于一切自然事物變化規(guī)律的共性所在，借助經(jīng)典的萬有引力定律、能量轉(zhuǎn)換定律等推導(dǎo)的一些結(jié)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(xué)事實(shí)的發(fā)現(xiàn)，都是首先經(jīng)過這種設(shè)想和推理這個(gè)步驟的。

3 如何跟蹤，監(jiān)測(cè)地震能量鋒帶

地震能量鋒帶如何才能跟蹤、監(jiān)測(cè)到？這需要我們改變一下傳統(tǒng)的思維模式和探測(cè)手段。由于地震能量鋒帶是由地殼板塊運(yùn)動(dòng)，在交接面內(nèi)產(chǎn)生的大量熱量形成的，這就為在發(fā)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(guān)地?zé)後尫诺囊恍┭芯?/p>

1976年7月28日唐山7.8級(jí)大地震發(fā)生后不久，筆者受命親赴唐山震區(qū)考察發(fā)震前后有無氣象異常的使命，僅就當(dāng)時(shí)的氣象臺(tái)站觀測(cè)記錄，就發(fā)現(xiàn)震前4 d唐山、昌黎兩個(gè)測(cè)站80 cm深地溫日變化，分別突升1.1 ℃和1.2 ℃的事實(shí)[1-2]。這決非偶然。因?yàn)?，通常情況下多在0.4 ℃以內(nèi)上下擺動(dòng)。為了避免外界因素的干擾，當(dāng)時(shí)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(gòu)造斷裂方向，唐山到昌黎的“地?zé)犸@示區(qū)”已赫然呈現(xiàn)在人們面前。唐山地震已過去36年了，留給世人的慘痛教訓(xùn)和珍貴的資料信息是無價(jià)的。不只是唐山地震前有地溫突升現(xiàn)象，國(guó)內(nèi)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(cè)網(wǎng)與衛(wèi)星熱紅外遙感相融合的地?zé)岜O(jiān)測(cè)系統(tǒng)

2008年汶川8.0級(jí)大地震后，筆者一再積極倡導(dǎo)，組建地溫觀測(cè)網(wǎng)與衛(wèi)星熱紅外遙感相融合的天地一體化地?zé)岜O(jiān)測(cè)系統(tǒng)[4-10]。并著重指出，從我國(guó)的國(guó)情出發(fā)，無需太大的投資，而是充分利用現(xiàn)有氣象部門2800個(gè)測(cè)站，地震部門1400個(gè)測(cè)站，必要時(shí)成千上萬個(gè)自動(dòng)氣象站和無數(shù)個(gè)地震群策點(diǎn)，統(tǒng)一部署組建80 cm深以下地溫觀測(cè)網(wǎng)，并納入到地震監(jiān)測(cè)網(wǎng)。可以預(yù)料，我國(guó)當(dāng)前現(xiàn)有的的監(jiān)測(cè)地震活動(dòng)的能力和水平，必將會(huì)得到大幅度提升。

還指出，地?zé)崾堑卣鸹顒?dòng)能量的主要來源。突破地震預(yù)報(bào)，特別是臨震預(yù)報(bào)的著眼點(diǎn)應(yīng)當(dāng)回到對(duì)地?zé)嶙兓?、地?zé)後尫诺难芯亢吞綔y(cè)這個(gè)主題上。同時(shí)，要設(shè)法避開或擺脫外界天氣變化等干擾因素的影響，因?yàn)榈卣鸹顒?dòng)和天氣變化不是來自同一個(gè)能源。抓住地?zé)嶙兓?、地?zé)後尫胚@個(gè)主題再配合地電、地磁異常變化以及動(dòng)物的異常反應(yīng)等手段，這一切也都顯得十分必要。因?yàn)?，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(fā)生的自然現(xiàn)象，這是由孕震、發(fā)震的物理過程和本質(zhì)所決定的。

總之，牢牢抓住地?zé)嶙兓⒌責(zé)後尫胚@個(gè)主題，地震成因、地震預(yù)報(bào)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(yù)報(bào)牢牢抓住了大氣能量鋒帶的蹤跡一樣，為今后臨震預(yù)報(bào)開辟出一條嶄新的途徑。

4 結(jié)語(yǔ)

天氣預(yù)報(bào)之所以能獲得成功，是因?yàn)槔卫巫プ×舜髿饽芰夸h帶，而大氣能量鋒帶正是天氣變化的制造者。因此，地震預(yù)報(bào)也必然通過跟蹤、監(jiān)測(cè)地震能量鋒帶，方能達(dá)到目的。由該文可以歸結(jié)出，天氣變化和地震活動(dòng)發(fā)生的簡(jiǎn)單模式。太陽(yáng)的非均勻加熱，導(dǎo)致大氣環(huán)流和冷、暖氣團(tuán)的運(yùn)動(dòng)，冷、暖氣團(tuán)交界面內(nèi)的大氣能量鋒帶，導(dǎo)致一系列天氣現(xiàn)象的發(fā)生。而地幔熱力對(duì)流，導(dǎo)致地殼板塊的運(yùn)動(dòng)，板塊交界面內(nèi)形成的地震能量鋒帶，導(dǎo)致地震等一系列構(gòu)造活動(dòng)發(fā)生。

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