地震與地?zé)岬年P(guān)聯(lián)性：從預(yù)測減災(zāi)到取能減災(zāi)

摘 要：地?zé)崮軟Q定了地球分層流變、洋陸與盆山的關(guān)聯(lián)成因、成礦成藏和自然災(zāi)害鏈，由此帶動地學(xué)革命、能源革命和減災(zāi)革命。要實現(xiàn)這個宏偉目標(biāo)，應(yīng)開展兩項重要工作：一是在地球系統(tǒng)動力學(xué)和熱流體撞擊地震成因模式指導(dǎo)下，科學(xué)預(yù)測地震及其關(guān)聯(lián)災(zāi)害；二是在地球內(nèi)部系統(tǒng)動力學(xué)和動態(tài)熱源思想指導(dǎo)下，梯級綜合開發(fā)地?zé)崮埽貏e是干熱巖地?zé)崮艿统杀敬笠?guī)模持續(xù)發(fā)電，既能解決能源問題，又能從根本上解決災(zāi)害問題和環(huán)境問題。簡要論述了地震與地?zé)岬年P(guān)聯(lián)機理，認(rèn)為地球上沒有板塊，只有洋陸和盆山，它們由地殼和地幔固態(tài)流變物質(zhì)層流而成，物質(zhì)非均勻流動產(chǎn)生地震，斷層是地震的結(jié)果。在熱動力驅(qū)動地球物質(zhì)非均勻?qū)恿鞯乃枷胫笇?dǎo)下，進一步闡明了地震預(yù)測和地?zé)衢_發(fā)的思路和方法，明確指出沿著隱伏的活動韌性剪切帶通過超長超導(dǎo)重力熱管、U形鉆井和U形挖掘進行高效采熱，不僅能夠解決供暖和電力問題，而且具有減災(zāi)減排作用。

關(guān)鍵詞：地震；地?zé)幔魂P(guān)聯(lián)機理；預(yù)測；超長熱管；挖掘及管道連通式地?zé)岚l(fā)電；減災(zāi)減排

中圖分類號：P314.2；P315 文獻標(biāo)志碼：A

Abstract： Geothermal energy determines the earths stratified rheology characteristics， the relevance between ocean-continent and basin-mountain， the mineralization， and the natural disaster chain， which will inevitably lead to revolutions in geoscience， energy， and disaster reduction fields. To achieve this ambitious goal， two important tasks should be carried out. One is scientific prediction of earthquakes and related disasters under the guidance of earth system dynamics and thermal fluid impact seismogenic model. Another one is cascade comprehensive exploitation of geothermal energy under the system kinetics and dynamic heat source inside the earth system instruction. It is remarkable that the hot dry rock geothermal energy is low cost and sustainable in large-scale power generation， which can solve the energy problem and the disaster and environmental problems fundamentally. The relevance mechanism between seismicity and geothermics was discussed. It is considered that there are no plates on earth but the ocean-land and basin-mountain as basic units formed by laminar flow of crust and mantle solid rheological materials. Besides， inhomogeneous laminar flow might generate earthquakes and also develop faults. Under the guidance of the idea that thermal dynamic power drives non-uniform laminar flow of earth material， the ideas and methods of earthquake prediction and geothermal development were clarified. It is clearly pointed out that using ultra-long superconducting gravity heat pipe， U shaped drilling and U shaped excavation along the underlying active ductile shear zone to efficiently collect heat， not only can solve the heating and power problems， but also help alleviating disasters and reducing the emission.

Key words： seismicity； geothermics； relvance mechanism； prediction； ultra-long heating pipe； excavation and pipeline connected geothermal power generation； disaster and emission reduction

0 引 言

中國大陸地殼活動性強，地震數(shù)量多，范圍廣，頻率高，震源淺，損失大。20世紀(jì)以來，全球7級以上地震次數(shù)中國約占35%。全球4次8.5級及以上的陸內(nèi)巨震有3次發(fā)生在中國大陸，分別是1668年山東郯城8.5級地震、1920年寧夏海原8.5級地震和1950年西藏察隅8.5級地震。中國歷史上有記載的8級及以上地震還包括1411年西藏當(dāng)雄南8級地震、1556年陜西華縣8級地震、1679年河北三河平谷8級地震、1833年云南嵩明8級地震、1927年甘肅古浪8級地震、1951年西藏當(dāng)雄北8級地震、2001年青海昆侖山口西8.1級地震、2008年四川汶川8級地震等。同時，中國也是地震災(zāi)害最嚴(yán)重的國家，地震造成的死亡人數(shù)約占全世界地震死亡人數(shù)的1/3。大陸動力學(xué)和地球系統(tǒng)動力學(xué)是認(rèn)識地震成因的基礎(chǔ)[1-13]，地震是地殼和地幔熱能四維非均勻聚散作用的結(jié)果，特定時空域差熱力驅(qū)動深層物質(zhì)異常運動導(dǎo)致淺層差應(yīng)力產(chǎn)生斷層活動，形成地震。地震常以熱災(zāi)害鏈的一個環(huán)節(jié)出現(xiàn)，構(gòu)成系統(tǒng)性、連鎖性災(zāi)害[7-8，14-20]。

包括地震在內(nèi)的熱災(zāi)害鏈與地?zé)崮苋缬跋嚯S。全球地震與熱構(gòu)造活動在空間上吻合，時間上同步，物質(zhì)上統(tǒng)一，機理上關(guān)聯(lián)。地?zé)崮苁亲顑?yōu)質(zhì)的可再生清潔能源，由活動韌性剪切帶控制的干熱巖地?zé)崮芫哂心芰看?、無污染、持續(xù)穩(wěn)定、分布較廣、安全性好、利用率極高、無需尾水回灌、可控性強和減災(zāi)減排多重功能等優(yōu)點。因此，只要打破固有思維模式，轉(zhuǎn)變思想，從地球系統(tǒng)動力學(xué)的高度重新認(rèn)識地?zé)崮芘c超洋陸、洋陸、盆山、災(zāi)害、礦床、油氣的關(guān)聯(lián)機理，就能一舉解決人類面臨的資源、環(huán)境、災(zāi)害和可持續(xù)發(fā)展問題[9-10，21]。其重要性、必要性和緊迫性不言而喻。

本文以地球系統(tǒng)動力學(xué)創(chuàng)新思想為指導(dǎo)，綜合分析陸內(nèi)地震與地?zé)崮苤g的關(guān)聯(lián)性，進一步闡明大陸地震和干熱巖成因的統(tǒng)一機理，提出科學(xué)預(yù)測地震和干熱巖地?zé)崮馨l(fā)電的思想和方法，指明科學(xué)減災(zāi)的最優(yōu)途徑。

1 地震的熱動力成因

制約地震預(yù)測的瓶頸在于對發(fā)震構(gòu)造和地震成因的認(rèn)識存在根本性錯誤。搞清地震機理，必須回答如下問題：①為什么地震分布在大地?zé)崃鳟惓^(qū)帶？②陸內(nèi)地震震源巖石物理性質(zhì)是脆性還是韌-脆性？③斷層是地震的原因還是地震的結(jié)果？④發(fā)震構(gòu)造到底是什么類型的構(gòu)造？⑤陸內(nèi)地震震源能量是來自震源之上淺層脆性斷層的應(yīng)力作用還是其下深層韌性流變的熱動力作用？

1.1 地震空間分布規(guī)律及其孕震構(gòu)造環(huán)境

地震具有顯著的時空分布規(guī)律。時間上，特定構(gòu)造單元地震平靜期與地震多發(fā)期交替；空間上，地震與地?zé)岙惓Ｒ恢?，集中分布在?gòu)造強弱邊界和固態(tài)流變通道中。前者體現(xiàn)了地震能量的積累與釋放過程；后者說明地震活動與地球內(nèi)部非均勻熱活動密切相關(guān)。

要搞清地震的分布規(guī)律，首先要區(qū)分陸緣地震與陸內(nèi)地震，明確陸內(nèi)與板內(nèi)、陸緣與板緣等基本概念。當(dāng)前陸內(nèi)與板內(nèi)、陸緣與板緣常常混為一談，通常將古洋盆遺跡蛇綠混雜巖帶作為古板塊碰撞邊界，實際上這是洋陸關(guān)系，不是板塊關(guān)系。從現(xiàn)今全球六大板塊來看，只有太平洋板塊是太平洋的一部分，歐亞、非洲、美洲、印度洋和南極洲等板塊都是洋陸混合體?，F(xiàn)今全球六大板塊都沒有符合板塊學(xué)說定義的由洋中脊、俯沖帶、轉(zhuǎn)換斷層連通的邊界，有些區(qū)段的“板塊邊界”不僅沒有深達巖石圈底面的斷裂，甚至不存在淺層脆性斷層。例如，歐亞板塊東北邊界從北冰洋洋中脊至西太平洋俯沖帶北端并不存在連通的、有位移的破裂構(gòu)造?！皠傂詭r石圈”板塊的定義不能滿足最基礎(chǔ)的幾何學(xué)特征中最基本的板塊邊界條件，更不可能存在合理的運動學(xué)、流變學(xué)、動力學(xué)和演化史，因此，板塊學(xué)說存在十分嚴(yán)重的問題，應(yīng)當(dāng)創(chuàng)立全新的地學(xué)理論體系[1-12]。

陸內(nèi)地震主要分布在大陸內(nèi)部地殼活動區(qū)（圖1），大多出現(xiàn)在地殼加厚的新生代造山帶或高原（如青藏高原），少數(shù)地震分布在地殼減薄的活動盆地（如華北盆地），強震最集中的區(qū)帶是陸內(nèi)構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶（如南北地震帶）。它們的共同特點是晚新生代地殼強烈活動，大陸中下地殼存在軟弱層，大地?zé)崃髦递^高，地震在中地殼韌-脆性變形環(huán)境集中成層分布（表1）。

陸緣地震主要分布在洋陸相互作用的俯沖帶（圖1），地幔軟流圈向大陸方向?qū)恿髯饔檬侵鲗?dǎo)驅(qū)動力。陸緣地震通常與火山活動形影相隨，大地?zé)崃髦蹈?，震源帶狀分布，多震帶向大陸方向傾斜（表1）。此外，洋內(nèi)地震主要分布在洋中脊。

為什么陸內(nèi)地震最集中的構(gòu)造部位是包括南北地震帶在內(nèi)的東亞右行走滑剪切帶？初步研究表明，中新世以來該帶右行走滑剪切位移量在900 km以上[10，13]。認(rèn)識晚新生代如此大規(guī)模的走滑剪切帶，不僅有利于查明陸內(nèi)地震分布規(guī)律，搞清陸內(nèi)地震形成機理，指導(dǎo)地震科學(xué)預(yù)測，而且有助于闡明中新世以來亞太和亞印大陸構(gòu)造格局，進一步認(rèn)清自然災(zāi)害、礦床、油氣和頁巖氣的區(qū)域分布規(guī)律和形成環(huán)境。東亞右行走滑剪切帶的孕育環(huán)境和形成機理與印度洋和太平洋對歐亞大陸的作用有關(guān)。東亞右行走滑剪切帶與印度洋SN向海嶺相連，西側(cè)表現(xiàn)為印度洋向北擴張與歐亞大陸向北同向運動，在這種洋控陸過程中恒河盆地下地殼熱流物質(zhì)向北流向青藏高原，當(dāng)進一步向北運動受阻后轉(zhuǎn)向東流，在青藏高原東構(gòu)造結(jié)形成順時針方向的地殼流，導(dǎo)致東南亞地殼物質(zhì)向南運動。與此同時，西太平洋地幔軟流圈物質(zhì)沿著NW向非均勻?qū)恿?，軟流圈?nèi)一條活動的地幔韌性剪切帶將太平洋的熱流物質(zhì)傳輸?shù)讲澈＃雍竦妆僖鹣碌貧し派錉罘蔷鶆蛄鲃?，向南的運動導(dǎo)致華南向南運動，因此，上述兩種動力加上南海的擴張推動華南和東南亞向南運動，與向北運動的印度洋構(gòu)成洋陸相互作用，形成大陸邊緣溝弧盆體系，產(chǎn)生大量的地震和火山（圖1）。由此不僅能夠合理解釋東亞右行走滑剪切帶的成因及其兩側(cè)印度洋與歐亞大陸之間迥然不同的陸緣構(gòu)造格局，而且可以較好地解釋中國西北與華南中生代以前構(gòu)造與建造的相似性和關(guān)聯(lián)性。

1.2 地震的能量形式及其形成機理

一般認(rèn)為，陸內(nèi)地震是一個力學(xué)過程，與斷層有關(guān)，由彈性回跳而成。彈性回跳模式由著名地震學(xué)家里德（Reid H. F.）研究1906年美國舊金山地震后于1911年提出的。其要點是：應(yīng)力作用在活動斷層之上，斷層兩盤地殼彈性體發(fā)生相反方向的運動；當(dāng)應(yīng)力達到峰值強度后，斷層滑動，產(chǎn)生震源，形成破裂，斷層兩盤的彎曲形變彈性復(fù)原，斷層出現(xiàn)位移。

彈性回跳模式存在許多科學(xué)問題，主要是：①斷層兩盤的彈性體和力偶并不確定，斷層出現(xiàn)的構(gòu)造層次巖石力學(xué)性質(zhì)為脆性；②現(xiàn)代高精度測量系統(tǒng)沒有監(jiān)測到震前“發(fā)震斷層”兩盤出現(xiàn)顯著的反向位移；③空間和地面的連續(xù)監(jiān)測沒有發(fā)現(xiàn)任何同震或震后的彈性回跳；④活動地殼淺層次斷層很多，地震發(fā)生之后都難以確定發(fā)震斷層是哪條；⑤基于活動斷層開展的地殼（工程）穩(wěn)定評價與實際情況反差很大，例如，汶川大地震發(fā)生之前，一般認(rèn)為龍門山是活動斷層不發(fā)育的“安全島”，震中附近紫坪鋪水庫壩區(qū)的地震烈度不大于7度，實際上該區(qū)烈度為10～11度；⑥地震活動區(qū)也是地?zé)岙惓^(qū)，地溫梯度較高，處于中地殼的震源巖石物性不是脆性狀態(tài)，而且脆性巖石不利于能量的長期積累，震源處于易于積累能量的韌-脆性狀態(tài)；⑦斷層的面狀運動難以闡明點狀震源的定位機制；⑧遵照熱力學(xué)第二定律，自然條件下熱量只能從高溫物體傳到低溫物體，地殼中部震源能量不可能來自其上更低能的脆性上地殼，大陸地震能量只能來自能量更高的韌性下地殼；⑨最重要的是，震前均不同程度地出現(xiàn)面狀分布和動態(tài)演變的溫度、地電、地磁、重力、水文、氣象、氡氫氦、動物等前兆異常，這些異常顯然與斷層運動無關(guān)，震前悶熱震后突然降水或下雪也是彈性回跳無法解釋的。

總之，斷層不是陸內(nèi)地震的機制，而是地震的結(jié)果。傅承義等將震源體周圍震前區(qū)域性面狀分布與熱有關(guān)的異?，F(xiàn)象總結(jié)為“紅腫說”，認(rèn)為斷層理論阻礙了地震機理研究和地震預(yù)測[22]。

關(guān)于活動陸緣地震的成因，一般認(rèn)為是板塊俯沖的結(jié)果。主要科學(xué)問題是：①地震為何沿著俯沖“剛性巖石圈板塊”彌散狀成帶分布，而不是限于兩個板塊之間的滑動與摩擦界面上？②冷洋殼與大陸板塊摩擦如何生成大范圍、高強度的熱異常？③如果是大洋剛性巖石圈板塊俯沖摩擦生熱，為何在震前數(shù)天甚至數(shù)十天會在震源附近區(qū)域出現(xiàn)局部的海溫異常，升溫幅度可達6 ℃；④高精度GPS、INSAR等都沒有觀測到震前板塊的異常運動；⑤由沉積物組成的易熔洋殼向下俯沖之后為什么只在島弧之下（約200 km深處）的俯沖板塊才發(fā)生大規(guī)模巖石熔融，形成巖漿房并產(chǎn)生火山巖漿活動？而深500～600 km的俯沖板塊溫度更高，為何沒有出現(xiàn)與島弧相似或更強的巖漿活動？⑥巨大的面狀板塊邊界發(fā)生俯沖，如何產(chǎn)生點狀震源？⑦如果剛性板塊發(fā)生俯沖，為何與地震有關(guān)的整個剛性巖石圈板塊邊界不發(fā)生聯(lián)動？更重要的是，如前所述，全球現(xiàn)今六大板塊都沒有連通的邊界，板塊根本就不存在。

地震如果不是斷層活動和板塊俯沖形成的，又是如何形成的？要回答這個問題，首先要解決全球和大陸基本構(gòu)造單元——洋陸和盆山的關(guān)聯(lián)成因。李德威等通過對青藏高原及鄰區(qū)長期深入的研究，提出地球內(nèi)部系統(tǒng)動力學(xué)，其基本思想可概括為[1-12]：偏離地心的地球內(nèi)核引起外核熱流物質(zhì)順層流動，匯流的巨量深源巖漿呈墻狀上升，形成超級地幔墻，地幔墻底辟作用導(dǎo)致軟流圈底面傾斜，同時軟流圈熱流物質(zhì)向兩側(cè)層流，引起陸殼強烈拉伸減薄，驅(qū)動洋盆擴張，推動大陸同向運動，引起大陸垂向生長，構(gòu)成大西洋式洋控陸構(gòu)造格局。流入大陸內(nèi)部的地幔軟流圈熱流物質(zhì)局部加厚，底辟上升，導(dǎo)致莫霍面傾斜，驅(qū)動大陸下地殼向四周非均勻流動，同步形成陸內(nèi)盆地及其周邊山脈。當(dāng)洋內(nèi)地幔墻底辟作用及其軟流圈層流作用減弱，同時大陸側(cè)向擴張作用增強時，洋陸邊界構(gòu)造性質(zhì)發(fā)生轉(zhuǎn)換，陸緣進入洋陸雙向擠壓的相互作用狀態(tài)，洋盆向大陸俯沖，形成大陸邊緣溝弧盆體系。

當(dāng)前以渠流模式為代表的大陸下地殼流動已經(jīng)成為國際地學(xué)界研究的前沿和熱點[6]，但是西方地質(zhì)學(xué)家還沒有闡明下地殼流動的構(gòu)造背景、時空范圍、流動方式、組合規(guī)律和形成機理。渠流模式應(yīng)用的實例也僅限于青藏高原南部和東部。

洋陸系統(tǒng)地幔流層和盆山系統(tǒng)下地殼流層的熱能和物性都具有非均勻性，在特定區(qū)域熱能經(jīng)過一定時間積累之后達到臨界狀態(tài)；可能在天文事件的觸發(fā)下，過剩熱能快速釋放產(chǎn)生不同尺度的構(gòu)造活動及其災(zāi)害-環(huán)境效應(yīng)；一系列關(guān)聯(lián)的自然災(zāi)害連發(fā)和群發(fā)，形成熱災(zāi)害鏈；地震是由熱能局部聚積形成自然災(zāi)害鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)的一環(huán)。對于陸內(nèi)地震而言，大陸非均勻的物性結(jié)構(gòu)和熱結(jié)構(gòu)決定了下地殼流動具有非均勻時空結(jié)構(gòu)，下地殼非均勻流動產(chǎn)生活動的韌性剪切帶（俗稱為“熱河”）；當(dāng)“熱河”中緩慢流動的熱流體因天體引力疊加共振觸發(fā)或因自身流量、流速、流向突變而發(fā)生異常流動，分別以俯沖、上沖、仰沖、側(cè)沖和斜沖的方式撞擊圍巖，形成點狀震源，震源之上熱能轉(zhuǎn)化為機械能，通過上地殼脆性斷層活動和地表破裂釋放出來，形成地震[7-9，14-20]。上地殼脆性斷層帶是構(gòu)造薄弱帶，有利于熱流物質(zhì)和地表破裂的活動和地下氣體的釋放。

陸緣地震處于洋陸相互作用的構(gòu)造環(huán)境，地幔軟流圈層流帶動洋殼向大陸俯沖，軟流圈熱流物質(zhì)持續(xù)非均勻流動撞擊到俯沖的洋殼，形成沿著俯沖帶以一定寬度和深度分布的地震群，常常伴生火山巖漿活動和海嘯。

2 地震的熱關(guān)聯(lián)前兆及其預(yù)測體系

導(dǎo)致當(dāng)前地震預(yù)測困局的核心問題是流行的地震成因理論與客觀的前兆異常不相符：大量的震前異常按流行的彈性回跳和板塊俯沖模式無法解釋，而根據(jù)彈性回跳和板塊俯沖模式應(yīng)有的地應(yīng)力、地形變等前兆異常，通過高精度的應(yīng)力和位移監(jiān)測手段都沒發(fā)現(xiàn)，至少是很不明顯。因此，只有認(rèn)清地震機理，才能準(zhǔn)確把握地震前兆，科學(xué)預(yù)測地震。

2.1 地震是有前兆的

筆者在汶川地震之后立即深入重災(zāi)區(qū)進行了45 天的科技賑災(zāi)，后來發(fā)生的玉樹、彝良、鎮(zhèn)雄、蘆山、魯?shù)?、康定等地震，也在震后迅速進行現(xiàn)場調(diào)研。通過實地考察和采訪，收集到大量的前兆異常信息，震前均出現(xiàn)與熱流體異?；顒佑嘘P(guān)的地質(zhì)異常、物理異常、化學(xué)異常、水文異常、氣象異常和生物異常[15-20]。

實際上， 1976年7月28日發(fā)生在河北唐山的7.8級地震也是有前兆的。專業(yè)臺站和一些簡易儀器也觀測到許多異常，主要是海平面升降異常、地溫異常、地電阻率異常、土地電異常、重力異常、地下水異常、水氡異常、地磁異常、水井氣體總量異常、水中二氧化碳含量和氯離子含量異常等。張慶洲在《唐山警示錄》對唐山地震的宏觀前兆異常做了較詳細(xì)的介紹[23]。

2.2 地震前兆之間具有關(guān)聯(lián)性

地震不僅有前兆，而且各種前兆在時空和機理上都存在著關(guān)聯(lián)性[14-19]，屬于地球系統(tǒng)動力學(xué)的有機組成部分，與非均勻熱動力作用有關(guān)[7-11]。

陸內(nèi)地震前兆主要是中下地殼熱流體異常流動及其相關(guān)的溫度異常、氣體異常、水文異常、重力異常、電磁異常、地聲異常、波速異常、氣象異常、天文異常、生物異常和變形異常[7-9，14-19]。

陸緣地震與熱異常活動有關(guān)的前兆異常也較明顯。Dey等發(fā)現(xiàn)印度沿海地區(qū)強震前普遍存在潛熱通量異常，震前海水局部升溫[24]。其后，很多學(xué)者報道了陸緣地震與溫度有關(guān)的前兆異常。據(jù)陳梅花等研究[25]，2004年12月26日印尼大地震之前40天至20天內(nèi)出現(xiàn)海水升溫和潛熱異常；利用衛(wèi)星遙感資料反演潛熱通量，潛熱流值從10 W·m-2增加到35 W·m-2左右；震前20天至臨震時異常中心突然增加到80 W·m-2，震后逐漸恢復(fù)到正常值。2011年3月11日，日本宮城縣以東的太平洋海域發(fā)生9.0級地震，并引發(fā)海嘯；MODIS和NOAA系列衛(wèi)星與地表監(jiān)測均顯示震前溫度異常，2011年3月1日至10日局部升溫可達12 ℃，震后升溫異常很快消失[26]。

地震前兆是地震預(yù)測的基礎(chǔ)，只有抓住有效的地震前兆，查明各種地震前兆異常之間的內(nèi)在聯(lián)系，才能科學(xué)地成功預(yù)測地震。

2.3 地震預(yù)測新體系

長期以來，地震能否預(yù)測一直爭論不休。美國、日本等國家地震學(xué)家在板塊學(xué)說和彈性回跳理論指導(dǎo)下，建設(shè)地震預(yù)測試驗場，但是監(jiān)測和預(yù)測地震的效果甚微，多次失敗，從而放棄了地震預(yù)測，甚至認(rèn)為地震不能預(yù)測。

中國曾成功預(yù)報海城地震，意義重大。尊重事實、開拓創(chuàng)新和專群結(jié)合是制勝法寶。筆者認(rèn)為，在地球系統(tǒng)動力學(xué)、熱災(zāi)害鏈和熱流體撞擊形成地震思想指導(dǎo)下，圈定中長期地震預(yù)測區(qū)，然后建立與熱流異常關(guān)聯(lián)的天地一體化監(jiān)測體系、流動加密監(jiān)測體系和新時期群測群防體系，能夠大幅度提高短臨地震預(yù)測水平，必將準(zhǔn)確預(yù)測地震五要素。

2.3.1 新思路

地震預(yù)測的突破必須建立在創(chuàng)新地學(xué)理論基礎(chǔ)之上。經(jīng)典的板塊構(gòu)造學(xué)說和彈性回跳模式存在嚴(yán)重的科學(xué)問題，由此建立的地震監(jiān)測和預(yù)測體系已經(jīng)造成十分嚴(yán)重的后果，如果還不及時反省，必將造成更多、更大的損失。

在大量調(diào)查和研究的基礎(chǔ)上，筆者提出了熱動力（不同時空尺度的差熱力）驅(qū)動地球多層次熱流物質(zhì)非均勻流動的地球系統(tǒng)動力學(xué)假說和大陸下地殼非均勻流動驅(qū)動盆山耦合的大陸動力學(xué)假說，并進一步提出了熱災(zāi)害鏈、熱流體撞擊形成地震等系列模式，通過西南地區(qū)蘆山、魯?shù)?、景谷、康定等強震中長期預(yù)測實踐，總結(jié)陸內(nèi)地震預(yù)測思路（圖2）。

地震中長期預(yù)測的理論基礎(chǔ)是熱災(zāi)害鏈，即地球系統(tǒng)在非均勻熱動力作用下產(chǎn)生的致災(zāi)因子構(gòu)成時空有序、機理關(guān)聯(lián)的自然災(zāi)害結(jié)構(gòu)。地球四維非均勻熱結(jié)構(gòu)和熱演化制約熱流體非均勻流動，導(dǎo)致自然災(zāi)害呈現(xiàn)區(qū)域性、群發(fā)性、連發(fā)性、關(guān)聯(lián)性、有序性、遷移性、突發(fā)性等特征，造成海洋之中、大陸內(nèi)部、洋陸之間、地氣之間、宇地之間的各種自然災(zāi)害存在關(guān)聯(lián)性[7-10，14-20]。

中國陸內(nèi)地震多，陸緣地震少，后者主要集中在臺灣，筆者對陸緣地震沒有做詳細(xì)的研究。陸緣地震與陸內(nèi)地震的預(yù)測思路大同小異，有待今后深入工作之后歸納總結(jié)。

2.3.2 新方法

地震預(yù)測方法大致可分為經(jīng)驗預(yù)測、統(tǒng)計預(yù)測、物理預(yù)測和綜合預(yù)測。物理預(yù)測是地震預(yù)測的根本，從破裂物理預(yù)測轉(zhuǎn)向熱流物理綜合預(yù)測是地震預(yù)測的出路[17]。

熱流物理綜合預(yù)測是將地震作為開放地球系統(tǒng)熱能積累與釋放過程中物質(zhì)非均勻流動產(chǎn)生地質(zhì)-資源-能源-災(zāi)害-環(huán)境有序結(jié)構(gòu)的有機組成部分，提取與熱異常有關(guān)的地震因子和前兆異常進行關(guān)聯(lián)分析，實現(xiàn)地震長、中、短、臨預(yù)測。

熱流物理綜合預(yù)測的特點是：①客觀性，不墨守成規(guī)，克服人們對司空見慣的現(xiàn)象和已有的權(quán)威結(jié)論懷有盲從和迷信的心理，擺脫板塊構(gòu)造、彈性回跳等經(jīng)典理論的束縛，從客觀事實出發(fā)，開放式自由研討，以震前各種熱關(guān)聯(lián)異常和熱流物質(zhì)非均勻流動效應(yīng)為基礎(chǔ)，建立全新的地震成因理論與地震預(yù)測應(yīng)用體系，并在實踐中不斷發(fā)展和完善；②系統(tǒng)性，地球是由熱流體運動維系的生命體，在這個有機系統(tǒng)中內(nèi)部圈層、表面圈層和外部圈層之間存在能量交換和物質(zhì)交換，在特定時空結(jié)構(gòu)中過剩的熱能產(chǎn)生熱災(zāi)害鏈，地震是熱災(zāi)害鏈的一環(huán)，據(jù)此可建設(shè)自然災(zāi)害綜合預(yù)測系統(tǒng)工程，地震預(yù)測是系統(tǒng)理論與系統(tǒng)工程有機結(jié)合的典范；③層次性，針對與震前熱流體異常有關(guān)的直接和間接前兆，采用天基、空基、地面和地下相結(jié)合的動態(tài)連續(xù)監(jiān)測手段，通過人機結(jié)合對多種異常信息進行分析處理，加強人工智能輔助決策；④關(guān)聯(lián)性，地震及其相關(guān)自然災(zāi)害與孕災(zāi)構(gòu)造單元（盆山、洋陸）之間機理關(guān)聯(lián)，此外，熱災(zāi)害鏈中各災(zāi)種關(guān)聯(lián)、前兆關(guān)聯(lián)，在地震孕育、發(fā)展和發(fā)生過程中，當(dāng)關(guān)聯(lián)的前兆出現(xiàn)特征異常組合的時候，可增加地震預(yù)測和預(yù)報的信度；⑤互補性，由于地震前兆由微觀異常和宏觀異常組成，專群結(jié)合是地震預(yù)測的致勝法寶，專業(yè)機構(gòu)采用天地一體化先進手段獲得微觀異常信息，新型群測群防體系能夠獲取大量宏觀異常信息，二者構(gòu)成兼容互補的統(tǒng)一體系，能夠取得地震預(yù)報實效；⑥針對性，盡管地震的前兆與熱流體異常有關(guān)，但是由于地球內(nèi)部物性及運動狀態(tài)、地表構(gòu)造環(huán)境、外部自然條件等的差異性，使得陸內(nèi)地震與陸緣地震、盆內(nèi)地震與山脈地震、不同性質(zhì)的盆山邊界地震在異常范圍、前兆類型、災(zāi)種組合等方面存在一定的差別，要采取靈活多變的方法和手段，而且跨年度干旱、天然礦難、火山、滑坡、甚至霧霾都不同程度地與地下熱異?；顒佑嘘P(guān)，要總結(jié)各種自然災(zāi)害的特征前兆組合，進行災(zāi)種鑒別和成災(zāi)原因的判定；⑦綜合性，地震預(yù)測的組織架構(gòu)包括布局、研究、監(jiān)測、分析、決策等系統(tǒng)，各環(huán)節(jié)必須有機結(jié)合和高度融合，采用人機結(jié)合的方式并充分發(fā)揮人工智能的作用，綜合分析從天基、空基、地面和地下動態(tài)連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)中獲得的與熱流體前兆有關(guān)的大數(shù)據(jù)，從而對地震發(fā)生的時間、地點、震級、震源深度、烈度等五要素做出綜合判斷；⑧階段性，明確地震預(yù)測各階段的目標(biāo)和任務(wù)，通過熱災(zāi)害鏈的時空演變過程確定長期和中期地震預(yù)測區(qū)，然后在這個區(qū)域內(nèi)有序開展固定臺站、流動監(jiān)測、群測群防相結(jié)合的短臨地震監(jiān)測和預(yù)測；⑨指向性，根據(jù)熱災(zāi)害鏈和熱流體關(guān)聯(lián)異常的時空演變規(guī)律，不斷縮小震中包圍圈范圍，進而判定地震五要素；⑩復(fù)雜性，地震預(yù)測涉及眾多因子和海量數(shù)據(jù)，應(yīng)當(dāng)充分發(fā)揮人工智能震例集成、復(fù)盤（反演）推解、深度學(xué)習(xí)、數(shù)據(jù)處理、科學(xué)評估、邏輯推理的優(yōu)勢，逐步建立和完善人機結(jié)合的智能預(yù)測體系。

2.3.3 新趨勢

實踐是檢驗真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)，預(yù)測得到證實是評價科學(xué)理論正確性的重要標(biāo)準(zhǔn)。

在下地殼層流、四維動態(tài)成礦、成礦動力學(xué)和陸內(nèi)熱隆伸展成礦等創(chuàng)新思想指導(dǎo)下，李德威預(yù)測青藏高原南部存在4個不同類型的成礦帶，每個礦帶內(nèi)有多個礦集區(qū)[27]。2000年以來的西部地質(zhì)礦產(chǎn)大調(diào)查證實了這些預(yù)測。例如，預(yù)測岡底斯南緣為斑巖銅礦成礦帶，存在尼木、墨竹工卡等礦集區(qū)，有多個（超）大型礦床，熱隆伸展主期成礦時間為15～17 Ma，與實際情況完全一致[28]。

地震預(yù)測與礦床預(yù)測在本質(zhì)上是相同的，都是地球內(nèi)部非均勻熱動力作用下熱流物質(zhì)非均勻運動的結(jié)果。只是金屬礦床通常與巖漿或熱液有關(guān)，地震與固態(tài)流變有關(guān)。二者最大的區(qū)別在于成礦預(yù)測對象是已經(jīng)完成的構(gòu)造熱事件及其產(chǎn)物，地震預(yù)測針對尚未發(fā)生的構(gòu)造熱事件及其產(chǎn)物，因而難度較大。對于強震、大震和巨震而言，由于地震能量較大，異常較明顯，預(yù)測難度比微小地震小得多。

在下地殼非均勻流動驅(qū)動盆山耦合大陸動力學(xué)、地球物質(zhì)多級循環(huán)地球系統(tǒng)動力學(xué)及其熱災(zāi)害鏈、熱流體撞擊形成地震等創(chuàng)新思想指導(dǎo)下，李德威等曾對中國大陸3個區(qū)域進行了中長期預(yù)測[18]。

第1個預(yù)測區(qū)為鮮水河—安寧河—小江構(gòu)造帶。實際發(fā)震情況與中長期地震預(yù)測吻合，蘆山、魯?shù)?、康定、景谷地震的三要素達到中期準(zhǔn)確預(yù)測水平[17]，而且錯報率和誤報率均為0。

第2個預(yù)測區(qū)為大華北地區(qū)。自從2010年以來，華北熱災(zāi)害鏈結(jié)構(gòu)與1971～1976年華北熱災(zāi)害鏈結(jié)構(gòu)基本相似，但是演變時間更長，在渤海地幔體底辟熱動力驅(qū)動下4條活動下地殼韌性剪切帶（“熱河”）固態(tài)流變物質(zhì)流動可能誘發(fā)系列強震。該研究成果被報道后不到3個月就在預(yù)測區(qū)域內(nèi)發(fā)生了甘肅定西6.6級地震。李德威等進一步認(rèn)為華北熱災(zāi)害鏈結(jié)構(gòu)清晰，震情嚴(yán)峻[19]，吉林松原5級左右震群應(yīng)驗而來。需要特別關(guān)注的是，大華北地區(qū)再次出現(xiàn)跨年度干旱，尚未完全釋放的致震能量和超出預(yù)期的災(zāi)能（剩余熱能）積累，孕震能量不斷加強，因此，2018年之后8年左右時間內(nèi)大華北地區(qū)可能會發(fā)生4、5次6.5級以上破壞性地震（圖3）。應(yīng)當(dāng)高度重視熱流物理綜合預(yù)測，必須大力加強津京至張家口和大同一帶、東北松嫩地區(qū)、滄州—衡水—邢臺—鶴壁至新鄉(xiāng)一帶、咸陽—三門峽—臨汾一帶的地震短臨監(jiān)測與預(yù)測，盡快開展天空地相結(jié)合的立體監(jiān)測、地面與空中相結(jié)合的流動監(jiān)測、新型群測群防協(xié)同監(jiān)測和地震有效前兆物理綜合預(yù)測。

第3個預(yù)測區(qū)為青藏高原。李德威等認(rèn)為源于恒河盆地進入青藏高原的多條“熱河”在各個撞擊點上均有可能發(fā)生大地震[19]。2015年4月25日尼泊爾8.1級地震正好發(fā)生在博卡拉—吉隆—許如錯—當(dāng)惹雍錯—依布茶卡—朝陽湖活動下地殼韌性剪切帶（“熱河”）的俯沖式撞擊點（“河口”）上。根據(jù)下地殼非均勻向北流動規(guī)律，進一步預(yù)測這條向北流動的“熱河”上沖式撞擊點（當(dāng)惹雍錯附近）或相鄰“熱河”上沖式撞擊點（如當(dāng)雄附近、申扎附近）未來兩年之內(nèi)可能發(fā)生7級以上地震。

對比尼泊爾地震與汶川地震及其次生地質(zhì)災(zāi)害就會發(fā)現(xiàn)：尼泊爾地震與汶川地震的震級相當(dāng)，都處于盆山邊界，上地殼都發(fā)育疊瓦狀逆沖斷層，而且喜馬拉雅與恒河盆地之間的地面坡度遠(yuǎn)大于龍門山與四川盆地之間的地面坡度，受印度洋暖濕氣流影響，喜馬拉雅南坡的降水量也大于龍門山。為什么汶川地震伴生大量的巨型遠(yuǎn)程高速拋射式滑坡，而尼泊爾地震卻沒有出現(xiàn)滑坡？合理的解釋是，從恒河盆地流向喜馬拉雅的“熱河”中熱流體發(fā)生俯沖運動，而從青藏高原流向四川盆地的“熱河”中熱流體發(fā)生仰沖運動，由此產(chǎn)生不同類型的次生地質(zhì)災(zāi)害。

3 取熱減災(zāi)減排

人類在能源、環(huán)境、災(zāi)害多重問題夾擊下，其根本出路是取熱減災(zāi)。減災(zāi)過程可分為災(zāi)前取能、臨災(zāi)預(yù)測、災(zāi)后救援三階段。災(zāi)前取能是上策，臨災(zāi)預(yù)測是中策，災(zāi)后救援是下策，而三位一體、重心前移是上上策，應(yīng)當(dāng)作為中國的減災(zāi)國策[18]。以地球已知事實為基礎(chǔ)，建立地球系統(tǒng)動力學(xué)理論體系，定能實現(xiàn)取熱減災(zāi)減排偉業(yè)[9-10]。其關(guān)鍵科學(xué)技術(shù)問題是要以創(chuàng)新思想為指導(dǎo)，正確認(rèn)識以干熱巖地?zé)崮転橹鞯牡責(zé)醽碓?、控?zé)針?gòu)造、勘查與評價方法和梯級系統(tǒng)開發(fā)技術(shù)體系。

3.1 熱源與控?zé)針?gòu)造

不考慮太陽輻射熱能對地表淺層低溫地?zé)崮艿挠绊?，根?jù)孕熱和控?zé)針?gòu)造、溫度（及深度）與巖石相態(tài)協(xié)調(diào)變化、熱儲性質(zhì)，將地?zé)崮芫C合劃分為水熱型、干熱型、漿熱型、氣熱型和混合型。具有商業(yè)價值的干熱型地?zé)崮埽ɑ颡M義干熱巖）是指流體含量少、埋深3～8 km、溫度為200 ℃～350 ℃、與活動性半固態(tài)或固態(tài)流變構(gòu)造相關(guān)的巖石[21]。

關(guān)于干熱巖的熱源，目前的認(rèn)識有高放射性花崗巖生熱、巖漿殘余熱、地球深層傳導(dǎo)熱和斷層摩擦生熱，以高放射性花崗巖生熱占主導(dǎo)[29]。后3種認(rèn)識的問題顯而易見，巖漿冷凝速率太快，而且?guī)r漿熱源屬于漿熱型；地球深層傳導(dǎo)熱強調(diào)其均勻性，以此推斷則干熱巖地?zé)崮軣o處不在，實際并非如此；斷層摩擦生熱與溫度隨深度增加，斷層摩擦表現(xiàn)為瞬時地震式活動不符。

至于高放射性花崗巖生熱，同樣地與大量事實不符。首先，國內(nèi)外鈾礦和含鈾花崗巖體的分布與現(xiàn)今地殼熱結(jié)構(gòu)不吻合。澳大利亞、哈薩克斯坦、加拿大的鈾礦床儲量列世界前三名，而這些地方的大地?zé)崃髦挡⒉桓?。就中國而言，目前的調(diào)查結(jié)果顯示地殼最熱的青藏高原南部還沒有發(fā)現(xiàn)鈾礦床，花崗巖類鈾礦床集中分布的華南、新疆北部和秦嶺一帶則未顯示高地?zé)岙惓＃旅嬉匀A南為例說明。華南是中國鈾礦床發(fā)育區(qū)，集中分布在南嶺到江西一帶，以花崗巖型和斑巖型為主，還有一些火山巖型鈾礦床，如江西相山鈾礦田。主要的花崗巖型鈾礦田（如湖南大灣、江西桃山）大地?zé)崃髦迪鄬^低，熱流強度從南海向NW方向非均勻分布，逐漸減弱。由此可見，高放射性花崗巖區(qū)與高地?zé)岙惓^(qū)沒有對應(yīng)關(guān)系。其次，已知干熱巖地?zé)崮芊植紖^(qū)的花崗巖放射元素含量并不高。例如，共和盆地多個地?zé)徙@孔揭示新近紀(jì)泥巖和砂巖在1 400 m左右以角度不整合方式覆蓋在印支期花崗巖之上，印支期花崗巖與周邊山脈出露的花崗巖相同，其U、Th、K含量低于平均值。再次，很多地?zé)岙惓^(qū)帶沒有或少有花崗巖體。例如，汾渭地塹是著名的地?zé)?地震-構(gòu)造活動帶，通常是晚新生代陸相沉積物角度不整合覆蓋在晚太古代—元古界麻粒巖相變質(zhì)巖之上；又如，瓊州裂谷也沒有高放射性花崗巖，只發(fā)育新生代玄武巖。此外，就算高放射性花崗巖是熱源并作為熱儲，其生熱率也遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于干熱巖發(fā)電的采熱率。

地球是有生命的有機體，地球深部熱流控制淺部地質(zhì)結(jié)構(gòu)。地核（地球內(nèi)核）是地球的心臟，高密度物質(zhì)遵循愛因斯坦質(zhì)能方程不斷釋放出巨量熱能，為動態(tài)生熱構(gòu)造系統(tǒng)；極高溫導(dǎo)致地球深部巖石部分熔融，熱流物質(zhì)在內(nèi)幔流層（外核）富集，構(gòu)成地球儲熱構(gòu)造系統(tǒng)；內(nèi)幔流層因物性和溫度的非均勻性而發(fā)生分異，高密度物質(zhì)沉入地核，固態(tài)流變物質(zhì)順層流動，低密度流體向上非均勻流動，形成地幔墻和地幔柱，構(gòu)成地球?qū)針?gòu)造系統(tǒng)；地球深部熱能以對流和傳導(dǎo)的方式傳輸?shù)降厍驕\部，由洋陸作用、盆山作用、巖漿活動、變質(zhì)作用、構(gòu)造作用、成礦作用、成藏作用、排氣作用、成災(zāi)作用和熱泉溫泉等方式釋放能量，構(gòu)成釋熱構(gòu)造系統(tǒng)。除上述全球控?zé)針?gòu)造系統(tǒng)外，從地?zé)釒?、地?zé)崾〉降責(zé)崽?，都具有結(jié)構(gòu)類似的控?zé)針?gòu)造系統(tǒng)。