佯谬（paradox）指的是基于一个理论的命题，推出了一个和事实不符合的结果。其在科学中是普遍存在的，并有区别于悖论这种逻辑矛盾。研究佯谬，可以增强科学认识能力，引导人们不断深入揭示自然现象的奥秘。

明白了佯谬概念，该谈本文关注的问题了。下面，简述热流佯谬（又称应力热流佯谬、断层强度佯谬）问题的由来。

地震断层究竟是处于高应力状态还是处于低应力状态？或者说地震断层强度是高的还是低的？这个问题困扰了地震学家数十年（陈运泰，2010）。那么，该问题又源自于哪里呢？

根据Byerlee 摩擦律，圣安德列斯断层表面应该观测到约40mW/m² 的热流值，而跨断层带的热流测量表明，断层附近并没有观测到因摩擦产生的如此高的热流值( Brune et al，1969; Lachenbruch et al，1980，1988，1992; Scholz，2002) ，由此构成了热流佯谬（晏锐等，2011）。

从热流实测结果和一些学者（Zoback，1987；Hickman，2004）的研究看，圣安德列斯断层所能承受的最大剪应力不高，断层强度较低。然而，Scholz(2000) 根据钻孔应力测量得出相反的结论，即圣安德列斯断层的强度还是很强的。

虽然一些学者提出了不少假说试图解释这些看上去相互矛盾的结果，但没有一个假说被普遍认可，故围绕圣安德列斯断层的强弱问题一直存在争议。鉴于此，热流佯谬问题已被列入“10000 个科学难题”之一（科学出版社，2010）。

我认为热流佯谬问题之所以存在，本质上是因为对地震产生机理认识不清所致。

我在之前的博文《为什么锁固段能主控构造地震产生？》和《什么样的断层会出现蠕滑/黏滑现象？》已指出：如果断层内物质仅由软弱介质组成，即断层强度是低的，断层只能呈现蠕滑；如果断层中存在大尺度强度高的锁固段，则断层会呈现黏滑，即可把这样的断层称为发震断层。不同规模的锁固段破裂产生不同量级的地震，每次锁固段破裂事件对应的地震能包括地震波辐射能、表面能和摩擦热能（图1），其中前者给断层以动能，导致其快速滑动。

图1 裂纹扩展（破裂）时锁固段储存弹性应变能密度转化与分配关系示意图

（Dt为应力降，De为伴随应力降产生的滑移应变）

长期以来，某些学者认为地震仅发生于岩石（锁固段）的峰值强度点（断裂点）。其实不然，在岩石（锁固段）的峰值强度点以前，也会发生诸多的破裂（声发射）事件（图2），只不过在峰值强度点的事件应力降较大、震级较大罢了。我们对环太平洋地震带和欧亚地震带62个地震区的实例分析表明，该认识正确。

图2 扁平状岩块原位慢加载直剪实验中的AE事件率与剪切荷载

（据Ishida et al. (2010)修改）

圣安德列斯断层位于我们划分的旧金山地震区，迄今为止该断层发生的地震均不为锁固段峰值强度点破裂事件，而均为锁固段体积膨胀点与峰值强度点之间的破裂事件（预震）。这些事件的应力降较小、震级也较小，故产生的摩擦热能和相应的热流值也较低。由于Byerlee 摩擦律只适用于评估峰值强度点事件对应的热流值，所以据此必然会得出理论计算值偏高的结果；此外，每次锁固段破裂事件，不管大小，仅释放了锁固段储存弹性应变能的一小部分（图1中红色三角形+绿色矩形），锁固段内仍储存有大量的应变能（图1中黄色三角形）为下一次破裂提供能量，这意味着若不按此原理计算摩擦热能与相应热流值，也势必得到过高的理论值。

因为以前实测和计算热流值的方法针对的是地震断层而非锁固段，这将影响实测值与理论值的可比较性。为此，我建议未来这方面的研究，应聚焦于锁固段。

的确，要澄清有关自然现象的任何认识问题，必须以机理为抓手；正确揭示了机理，且由此出发剖析有关诸如热流佯谬问题，自然就能平息诸多争议。

参考（略）

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