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全球热机带和冷机带火山活动的比较研究: seisman 2015-10-15 18:08; 全球热机带和冷机带火山活动的比较研究 ——兼论对热机带火山预测研究思路的改进陈立军今日已发表，欢迎指正。本文为《全球热机带和冷机带的地震活动对比研究 ——兼论对地震预报研究思路的改进》的姊妹篇。链接地址： http://image.hanspub.org:8080/pdf/AG20150500000_68231190.pdf http://www.hanspub.org/Journal/PaperInformation.aspx?paperID=16164#abstract 2015.10.15; 2143 次阅读|0 个评论

全球热机带和冷机带的地震活动对比研究（再版）: seisman 2015-8-12 07:07; 全球热机带和冷机带的地震活动对比研究 ——兼论对地震预报研究思路的改进（再版）陈立军陈晓逢万方方黎品忠邵磊（湖南省地震局，湖南长沙 410004 ）作者按：本文系再版，与英文版 “Comparative study of global seismicity on the hot engine belt and the cooling seismic belt—— Improvement onresearch ideas of earthquake prediction” 一一对应的中文版。英文版的链接网址; http://www.scirp.org/Journal/PaperInformation.aspx?PaperID=58306 摘要：本文采用北加利福尼亚地震数据中心的 ANSS 地震目录，就全球热机带和冷机带的地震活动分布进行统计分析与对比研究，给出了热机带的地层结构，从而涉及地震成因与地震预报研究的思路问题。研究结果表明，热机带及其所包含的地震柱，是全球地震活动的主体，也是全球地质灾变的主体，基于其地层结构推测，壳内的地震与火山活动的能量很可能来自上地幔的深部，因而地震与火山的预测研究思路应该转而为加强对壳下地震活动的监测与研究。关键词：热机带；冷机带；地震柱；地震地热说；地震预测 1 前言众所周知，人们对地震成因的理解，多认为系地表构造活动应变能积累所致。但是，本文通过对热机带和冷机带地震活动的统计分析与对比研究，认为壳内的地震与火山活动能量可能主要来自上地幔的深部，因而地震与火山的预测思路拟转而为加强对壳下地震活动的监测与研究。在作者提出的地震地热说中，依据全球地震活动状态，将全球的地震活动和火山活动划分为热机带和冷机带两大构造体系。具体划分方法是：首先，采用北加利福利亚地震数据中心（ Northern CaliforniaEarthquake Data Center ）提供的 ANSS 地震目录，按照中深源地震活动中心点划分了 24 个地震柱，即 01 号南智利地震柱、 02 号北智利地震柱、 03 号危地马拉地震柱、 04 号海地地震柱、 05 号白令海地震柱、 06 号鄂霍次克海地震柱、 07 号日本地震柱、 08 号中国珲春地震柱、 09 号北马里亚纳地震柱、 10 号南马里亚纳地震柱、 11 号台湾及琉球地震柱、 12 号菲律宾地震柱、 13 号所罗门地震柱、 14 号西汤加地震柱、 15 号东汤加地震柱、 16 号印尼地震柱、 17 号缅甸地震柱、 18 号兴都库什地震柱、 19 号地中海地震柱、 20 号地中海西口地震柱、 21 号南桑威奇地震柱、 F1 号马尼拉地震柱、 F2 号安达曼地震柱和 F3 号北美洲地震柱，如图 1 所示。地震柱（ seismiccone ，曾称为 seismic cylinder 或 seismic mantle plume ）是一种倒立的圆锥体，由中深源地震的震源密集组成，最深可达 740km 。然后，在图 1 中，采用浅黄色色块，将这 24 个地震柱加以包围，组成所谓的热机带。由于 20 号和 21 号地震柱连线上大西洋中脊也有深度在 50km 以上的地震活动，因而假想二者可能沟通。于是， 24 个地震柱的连接可以构成一个完整的 M 型的热机带。浅黄色色块以外的地震活动统称为所谓的冷机带。这些地震主体沿四大洋的洋脊分布（图 1 中绿色条带示意图），散在的地震极少。大西洋、印度洋和太平洋的大洋中脊总体呈 W 型展布，因而可以称为 W 型的冷机带。图1 全球热机带和冷机带的划分 Fig.1 Division of the hot engine belt and the coolingseismic seismic belt. 2 热机带和冷机带地震活动的基本特征及其相互关联 2.1 热机带和冷机带地震分布状况依据 ANSS 地震目录，从 1963 年 1 月至 2015 年 3 月 8 日，共记载全球 4 级以上地震 388775 个。其中，热机带 359528 个，占全球地震总频次的 92.477% ，最大深度 735.8km ；冷机带 29247 个，占全球地震总频次的 7.523% ， 99.7% 的地震震源深度在 40km 以内。表 1 为全球热机带和冷机带地震活动的频次统计，图 2 为表 1 数据的示意图。由这两个图、表可见，热机带是全球地震最为活跃的地震构造带。图 3 为相应的地震重复率曲线。由图可见，热机带与全球地震重复率曲线几乎重合，而冷机带的重复率曲线则大大偏离这两条曲线。冷机带的斜率（ b 值）明显大于热机带，说明二者活动水平明显差异。由图 3 还可见到， ANSS 地震目录 5 级以下的地震记录不全，与所取地震台网的监测能力有关。表 1 全球热机带和冷机带地震活动频次统计 Table 1Statistics of seismic activity frequency in the hot engine belt and the coolingseismic belt. 震级全球热机带冷机带频次 % 频次 % 4.0-4.9 307504 286090 93.04 21414 6.96 5.0-5.9 75240 67906 90.25 7334 9.75 6.0-6.9 5432 4948 91.09 484 8.91 7.0-7.9 564 550 97.52 14 2.48 8.0-8.9 33 32 96.97 1 3.03 9.0-9.9 2 2 100.00 - - 总频次 388775 359528 92.477 29247 7.523 图2 全球热机带和冷机带地震活动强度分布示意图 Fig.2 Seismic activity intensity distribution of the hotengine belt and the cooling seismic belt. 图3 全球热机带和冷机带的地震活动重复率曲线 Fig.3 The seismic repetition rate curves ofthe hot engine belt and the cooling seismic belt. 2.2 热机带和冷机带的地震活动状态取热机带和冷机带地震活动的年频次 N/a 随时间的变化如图 4 所示。由图可见，尽管二者的年频次大小相去甚远，但其随时间的变化趋势是基本一致的。这表明它们的活动受到同样的因素所制约。图4 热机带和冷机带地震活动的年频次曲线 Fig.4 The annual frequency curve of seismicactivities on the hot engine belt and the cooling seismic belt. 2.3 热机带地震活动的层状结构热机带地震活动的主要特征是具有大量的中深源地震活动，深度 50km 以下的地震占热机带地震总数的 35.50% 。热机带地震频次N(h) 随震源深度的分布如图 5 所示。作为对比，本文取地震的应变能随震源深度的分布研究。做法是按照常规的应变能公式（ J 1/2 ） (1) 累加计算。式中 M 为震级。 ANSS 目录中包含 M s 、 M b 、 M w 和 M L 等多种震级标度，作为一级近似，本文统一当作 M s 震级值来估计。 h 为震源深度，每 50km 分为一档。热机带地震应变随震源深度的分布如图 6 所示，与图 5 的分布状态基本一致。分析图 5 和图 6 ，似乎可以将热机带的深部划分为若干层状结构：第一层，深度 0 ～ 50km ，耗散层。地震与火山的能量释放集中在壳内。第二层，深度 50 ～ 150km ，一般公认为熔岩囊，或可称储能层。该层累积深部所传递的热能，伺机推动壳内强震或火山活动，释放所存储的能量。第三层，深度 150 ～ 300km ，次级能动层。该层为一些较次级的地震柱的发动层，包括诸如 03 号、 04 号、 11 号、 17 号、 18 号、 19 号、 21 号、 F1 号、 F2 号等地震柱。这些地震柱的最大震源深度都在 300km 上下。也有特例，比如 F3 号北美洲地震柱，按照 4 级以上地震目录，其最大深度为 98km ，然而按照北美洲 2 级以上的地震目录，其深度可达 600km 以上。 19 号地中海地震柱的意大利分支，其情形也是如此。第四层， 300 ～ 500km ，恆热层。此层地震活动状态较为稳定，多余的热能可以直接穿过，是故一些超级地震柱在此层内地震皆不活跃。第五层，深度 500km 以上，超级能动层。该层为一些超级地震柱的发动层，包括诸如 01 号、 02 号、 05 号、 06 号、 07 号、 08 号、 09 号、 10 号、 12 号、 13 号、 14 号、 15 号、 16 号等地震柱。这些地震柱的最大震源深度都在 600km 以上，最大深度可达 740km 。图5 热机带地震频次随震源深度的分布 Fig.5 The distribution of earthquake frequencywith focal depth in the hot engine belt. 图6 热机带地震应变随震源深度的分布 Fig.6 The distribution of earthquake Strainenergy with focal depth in the hot engine belt. 2.4 热机带和冷机带的相互关系 M 型的热机带与 W 型的冷机带，在地球表面呈倒扣之势展布，位相错开约地理经度 90 °，似乎表明是受到地球自转作用或者包括外太空作用形成的两大构造带。所以，它们的关系是密不可分地。但是，从人类自身的利益考虑，自然最为关心的是热机带的活动问题。所谓热机带，由于存在大量的中深源地震活动，可以从地幔深部带来大量的热能到达地表，被称为热机带应该是名副其实的。有人们说了，冷机带也有火山活动，自然也是“热”的。其实，热机带和冷机带的关系，似乎可以比喻为汽车内燃机的气缸与排气管的关系，即热机带是个做功的系统，而冷机带则是冷却系统。二者的“热”与“冷”，只是相对地。于是可以说，热机带是一个灾变带，而灾变效应必然会在冷机带上得到回应，以求达到整个地球热能的平衡与调节。 3 讨论与结论 3.1 讨论本文通过对全球热机带和冷机带的对比研究，可以引出很多深层次的思考。（ 1 ）全球约 92.5% 的 4 级以上地震、 97.5% 的 7 级以上地震都发生在热机带。据不完全统计，全球 87% 以上的活火山也集中在热机带内。因此，热机带是全球的地质灾变带。热机带位于全球人口最稠密的地带，因而加大了它对人类的威胁。（ 2 ）热机带内的地震与火山活动如此强烈，最直接的原因应该是带内的中深源地震活动所造成的。可以武断地说，中深源地震的活动决不是地表构造活动应变能的积累所致。相反，中深源地震活动所释放的能量在地幔深部是无法耗散的，只能传递给上层的低温层，自下而上逐层驱动，从而为其上层的地震活动积累能量。按照本文的粗略估计，深度大于 50km 的壳下地震所释放的应变能，约占壳内地震活动所释放应变能的 47.12% 。如果还考虑到随中深源地震活动所伴随的热对流上升，经过年代纪振荡地累积，则在熔岩囊内所存储的能量足以发动壳内的强震与火山活动。关于热能的对流上升，借助开水实验是可以理解的。加热水体时，水体热能的增加并不全靠气泡的破裂所带来的热能上涌，更主要的应该是靠对流作用。因此，中深源地震的活跃，只是上地幔热能活动的一种表征，并非熔岩囊内所积累能量的全部。（ 3 ）这样一来，我们传统的观念，即地震活动是由于地表构造活动的应变能积累所致，将会受到极大的挑战。早先，我们理解为构造体系的构造活动应变能积累导致薄弱构造部位发震，后来又理解为块体活动应变能的积累导致薄弱构造部位发震。然而，构造体系和活动块体在地球表面到处可以划分出来，大大小小的板块和活动地块数不胜数，可为什么地震与火山活动只集中在热机带内？再者，地表构造活动所积累的应变能，怎么也无法导致 600km 以上的深源地震。相比之下，冷机带的浅源地震活动，不包括火山地震，倒是可能主要靠壳内构造活动的应变能积累，因而对于热机带的活动起到了调整和平衡的作用。然而，冷机带的强震活动极少，即使做出地震预测也没有社会意义。（ 4 ）于是，作者以为应该转变地震预报研究的传统观念，加强对壳下地震活动的观测与研究 ① 。为此，作者 2014 年曾向有关地震部门提出过“改善我国地震预测工作的建议”。目前，全球对壳下地震监测做得最好的地方，数北美洲中南部和地中海地区，中国新疆的北疆地区近年来也有很大进展。作者曾利用北美洲中南部 2 级以上地震目录预测过 2012 年 4 月 12 日加利福尼亚湾的 6.9 级地震 ② ③ ，利用地中海 2 级以上地震目录推演过意大利 2009 和 2012 年 2 次 6 级地震预测的可能性（英文稿，未发表），利用北疆地区 2 级以上地震目录推演过 2012 年新源 6.6 级地震预测的可能性，利用全球 4 级以上地震目录做过未来 3 年（ 2012 ～ 2015 ）全球壳内强震与火山的预测（正式的预测卡片—— 0419 卡），都收到了较好的预测效果。地震地热说的预测方法利用地震柱内地震震源深度的时间序列和壳下地震活动的空间分布等资料分析，可以提前几个月预测未来壳内强震或火山的大致时段、大致地点和大致强度。 ① 陈立军.全球壳下地震活动的研究.湖南地震（内刊），2013年总第35期,5-13 ② 陈立军、陈晓逢. 美国西海岸地震预测方法初探. 湖南地震（内刊），2012年总第34期，1-6 ③ Chen Lijun, Chen Xiaofeng, Wan Fangfang et al.The Earthquake Prediction Method Research in the West Coast of the UnitedStates. 湖南地震（内刊），2013年总第35期,90-98 （ 5 ）加强对壳下地震活动的观测有两个要点。第一是对热机带上的重点关注地区，拟合理布局地震观测台网，做到对 2 级以上地震的有效监测。第二是震源深度的测定，拟建立起全球统一的工作规范与精细的地壳结构模型。关于震源深度的测定结果，作者所搜集到资料，似乎只有北美洲中南部、欧洲地中海地区和中国新疆的北疆地区的资料比较好用。这三个地区的地震目录都包含 1 级以上地震，而且震源深度资料可以相互比拟。当然，目前情况下，震源深度的测定并非要求绝对准确，但要求可以相互比拟。（ 6 ）不论采用哪种思路进行地震预测研究，地震预报仍然面临巨大的困难。最大的难度在于， 7 级以上的壳内强震如同火山喷发一样，具有突发性。因此，每当壳内强震发生后，人们几乎很难找到像样的地震“前兆”。即便是壳下地震活动，大概也由于震前震源体的闭锁而“窒息”了。因为，临震的预测犹如开水试验中寻求“响水不开”的时刻，然而那只是一瞬间的事。然而，不论地震活动的能量是来自壳内还是来自地幔深部，壳内强震活动必然离不开壳内的地震构造，也离不开诸多的地球物理场效应，也必然造成震前的声、光、电、地下水、动物等等宏观异常。因此，加强地震构造研究、地球物理场的研究、临震宏观异常研究，乃至地震预警系统的研究，加强地震科普知识宣传和抗震设防工作，都是不可或缺的。 3.2 结论本文根据地震地热说的工作方法，采用北加利福尼亚地震数据中心的 ANSS 地震目录，以地震柱为构造单元和分析研究的统计单元，由各个地震柱地震活动的基本特征得到其共性特征，从而建立起热机带和冷机带的概念，并由热机带的壳下地层结构以及热机带和冷机带地震活动的比较研究导出地震成因与地震预测思路的讨论，从而为地震地热说的地震预测和火山预测方法的研究奠定了理论基础。研究结果表明，热机带及其所包含的地震柱，是全球地震活动的主体，也是全球地质灾变的主体，基于其地层结构推测，壳内的强震与火山活动的能量很可能都是来自上地幔的深部。因此，应该转变地震与火山的预测研究思路，加强对壳下地震活动的监测与研究，或许能解地震预报与火山预报之困。致谢：本文所采用的 ANSS 地震目录取自北加利福利亚地震数据中心（ Northern California EarthquakeData Center ），谨此致谢。参考文献 NCEDC (2014), Northern California Earthquake DataCenter. UC Berkeley Seismological Laboratory. Dataset. doi:10.7932/NCEDC. 陈立军 . 地震地热说原理与应用 . 内陆地震， 2012 ， Vol.26 ， No.2 ， 108-122 陈立军 . 地震柱的概念及其基本特征 . 华南地震， 2013 ， Vol.33 ， No.1 ， 1-14 ChenLijun. (2013)Mantle decadal oscillation (MDO). http://blog.sciencenet.cn/blog-552558-665664.html 王海涛，李志海，赵翠萍，等 . 新疆北天山地区 Ms ≥ 2.0 地震震源参数的重新测定 . 中国地震， 2007 ， 23 （ 1 ）： 47-55 龙海英，胥颐，魏斌，等 . 新疆喀什一乌恰地区的 P 波速度模型和小震精确定位 . 内陆地震， 2005 ， 19 （ 1 ）： 16-21 陈立军 . 地震预测验证记录： 001 号加利福尼亚湾 4.12 发生 6.9 级地震 . http://blog.sciencenet.cn/blog-552558-558624.html 陈立军 . 意大利地震预报入罪事件的教训 . http://blog.sciencenet.cn/blog-552558-652328.html 陈立军 . 中天山地区强震活动成因探讨—以 2012 年 6 月 30 日新源 6.6 级地震为例 . http://blog.sciencenet.cn/blog-552558-829373.html 陈立军 . 全球主要地震柱 3 年期地震与火山预测卡片 0419 卡的有关说明 . http://blog.sciencenet.cn/home.php?mod=spaceuid=552558do=blogid=883826 陈立军 . 2012 年 0419 预测卡片的试验总结 ( 网络版 ) . http://blog.sciencenet.cn/home.php?mod=spaceuid=552558do=blogid=894296 . 内陆地震， 2015 ， 29 （ 1 ）： 15-27. doi ： 10.16256/j.issn.101-8956.2015.01.002 Comparative study of globalseismicity on the heat engine belt and the cooler seismic belt —— Improvementon research ideas of earthquake prediction ChenLijun, Chen Xiaofeng, Wan Fangfang, Li Pinzhong ， ShaoLei （ Earthquake Administration of Hunan Province, 410004,Changsha, China ） Abstract ： Thestudy in this paper analyzes and compares the distribution on the global engineactive seismic zone and cooling seismic belt basing on the ANSS earthquakecatalog from Northern California Earthquake Data Center. An idea of theseismogenesis and earthquake prediction research is achieved by showing thestratigraphic structure in the hot engine belt. The results show that the mainengine and its seismic cones are the global seismic activity area, as well asthe subject of global geological disaster. Based on the conjecture of otherstratum structure, the energy of crustal strong earthquake and volcanoactivities probably originates from the deep upper mantle. It is suggested thatthe research on earthquake and volcano prediction should focus on the monitorand analysis on the sub-crustal earthquake activities. Key words: the hot engine belt, thecooling seismic belt, seismic cone, Seismo-geothermics theory, earthquakeprediction; 3351 次阅读|0 个评论

Comparative Study of Global Seismicity on the Hot Engine ...: seisman 2015-8-9 16:09; 连接网址： http://www.scirp.org/Journal/PaperInformation.aspx?PaperID=58306 Home Journals Earth Environmental Sciences IJG Articles IJG Vol.6 No.7, July 2015 Articles IJG Vol.6 No.7, July 2015 Share on facebook Share on twitter Share on email Share on print More Sharing Services 1 Open Access Comparative Study of Global Seismicity on the Hot Engine Belt and the Cooling Seismic Belt—Improvement on Research Ideas of Earthquake Prediction Download as PDF (Size:4101KB) HTML XML PP. 741-749 DOI: 10.4236/ijg.2015.67060 131 Downloads 153 Views Author(s) Leave a comment Lijun Chen , Xiaofeng Chen , Fangfang Wan , Pinzhong Li * , Lei Shao Affiliation(s) Earthquake Administration of Hunan Province, Changsha, China . ABSTRACT The study in this paper analyzes and compares the distribution on the global engine active seismic zone and cooling seismic belt basing on the ANSS earthquake catalog from Northern California Earthquake Data Center. An idea of the seismogenesis and earthquake prediction research is achieved by showing the stratigraphic structure in the hot engine belt. The results show that the main engine and its seismic cones are the global seismic activity area, as well as the subject of global geological disaster. Based on the conjecture of other stratum structure, the energy of crustal strong earthquake and volcano activities probably originates from the deep upper mantle. It is suggested that the research on earthquake and volcano prediction should focus on the monitor and analysis on the sub-crustal earthquake activities. KEYWORDS The Hot Engine Belt , the Cooling Seismic Belt , Seismic Cone , Seismo-Geothermics Theory , Earthquake Prediction Cite this paper Chen, L. , Chen, X. , Wan, F. , Li, P. and Shao, L. (2015) Comparative Study of Global Seismicity on the Hot Engine Belt and the Cooling Seismic Belt—Improvement on Research Ideas of Earthquake Prediction. International Journal of Geosciences , 6 , 741-749. doi: 10.4236/ijg.2015.67060 . References Chen, L.J. (2012) Theory and Application of Seismo-Geothermics. Inland Earthquake, 26, 108-122. NCEDC (2014) Northern California Earthquake Data Center. UC Berkeley Seismological Laboratory. Dataset doi:10.7932/NCEDC. Chen, L.J. (2013) Concept and Basic Characteristics of Seismic Cylinder. South China Journal of Seismology, 33, 1-14. Chen, L.J. (2013) Mantle Decadal Oscillation (MDO). http://blog.sciencenet.cn/blog-552558-665664.html Wang, H.T., Li, Z.H., Zhao, C.P. and Qu, Y.J. (2007) Relocation of the M s≥2.0 Earthquakes in the Northern Tianshan Region, Xinjiang, Using Double Difference Earthquake Relocation Algorithm. Earthquake Research in China, 23, 47-55. Long, H.Y., Xu, Y., Wei, B. and Xu, H.X. (2005) The Velocity Model of P Wave and the Location of Small Earthquakes in Kashi-Wuqia Arer of Xinjiang. Inland Earthquake, 19, 16-21. Chen, L.J. (2012) Earthquake Prediction Verification Record 001: The Earthquake M 6.9 in 4.12 in the Gulf of California. http://blog.sciencenet.cn/blog-552558-558624.html Chen, L.J. (2013) The Crime Incident in Italy Earthquake Prediction. http://blog.sciencenet.cn/blog-552558-652328.html Chen, L.J. (2014) To Explore the Causes of Strong Earthquakes in Tianshan Area—As An Example of Xinyuan Earthquake M6.6 in June 30, 2012. http://blog.sciencenet.cn/blog-552558-829373.html Chen, L.J. (2015) Explanation of the 0419 Card of the Earthquake and Volcano Prediction in the World’s Major Seismic Cones Within 3 Years. http://blog.sciencenet.cn/home.php?mod=spaceuid=552558do=blogid=883826 Chen, L.J. (2015) The Test Summary for 0419 Forecast Card in 2012 (Online Version). http://blog.sciencenet.cn/home.php?mod=spaceuid=552558do=blogid=894296 Chen, L.J. (2015) Pakistan Earthquake with Ms 7.7 in 2013 and Causative Structure of Hindu Kush. Inland Earthquake, 29, 15-27.; 1464 次阅读|0 个评论

博文将发表: 热度 1 seisman 2015-6-11 09:22; 陈立军本博的博文：《全球热机带和冷机带的地震活动对比研究——兼论对地震预报研究思路的改进》的英文稿投稿到美国的科学研究专刊（ IJG ），得到的评语是： It studies the comparative study of global seismicity on the hot engine belt and the cooling seismic belt in the paper. The focus is clear, the innovation is strong and the academic level is high. It has important research significance and it should be published. 译义：该文对全球地震活动中有关热机带和冷机带进行对比研究。重点明确，创新性强，学术水平高。该文具有重要的研究意义，应该发表。; 2077 次阅读|2 个评论

全球热机带和冷机带的地震活动对比研究: seisman 2015-4-3 08:57; 全球热机带和冷机带的地震活动对比研究 ——兼论对地震预报研究思路的改进陈立军 0 前言众所周知，人们对地震成因的理解，多认为系地表构造活动应变能积累所致。但是，本文通过对热机带和冷机带地震活动的统计分析与对比研究，认为壳内的地震与火山活动能量可能主要来自上地幔的深部，因而地震与火山的预测思路拟转而为加强对壳下地震活动的监测与研究。 1 全球热机带和冷机带的划分在作者提出的地震地热说中，依据全球地震活动状态，将全球的地震活动和火山活动划分为热机带和冷机带两大构造体系。具体划分方法是：首先，采用北加利福利亚地震数据中心（ Northern CaliforniaEarthquake Data Center ）提供的 ANSS 地震目录，按照中深源地震活动中心点划分了 24 个地震柱（ seismiccone ），即 01 号南智利地震柱、 02 号北智利地震柱、 03 号危地马拉地震柱、 04 号海地地震柱、 05 号白令海地震柱、 06 号鄂霍次克海地震柱、 07 号日本地震柱、 08 号中国珲春地震柱、 09 号北马里亚纳地震柱、 10 号南马里亚纳地震柱、 11 号台湾及琉球地震柱、 12 号菲律宾地震柱、 13 号所罗门地震柱、 14 号西汤加地震柱、 15 号东汤加地震柱、 16 号印尼地震柱、 17 号缅甸地震柱、 18 号兴都库什地震柱、 19 号地中海地震柱、 20 号地中海西口地震柱、 21 号南桑威奇地震柱、 F1 号马尼拉地震柱、 F2 号安达曼地震柱和 F3 号北美洲地震柱，如图 1 所示。然后，在图 1 中，采用浅黄色色块，将这 24 个地震柱加以包围，组成所谓的热机带。由于 20 号和 21 号地震柱连线上大西洋中脊也有深度在 50km 以上的地震活动，因而假想二者可能沟通。于是， 24 个地震柱的连接可以构成一个完整的 M 型的热机带。浅黄色色块以外的地震活动统称为所谓的冷机带。这些地震主体沿四大洋的洋脊分布，散在的地震极少。大西洋、印度洋和太平洋的大洋中脊总体呈 W 型展布，因而可以称为 W 型的冷机带。图1 全球热机带和冷机带的划分 2 热机带和冷机带地震活动的基本特征及其相互关联 2.1 热机带和冷机带地震分布状况依据 ANSS 地震目录，从 1963 年 1 月至 2015 年 3 月 8 日，共记载全球 4 级以上地震 388775 个。其中，热机带 360586 个，占全球地震总频次的 92.749% ，最大深度 735.8km ；冷机带 28189 个，占全球地震总频次的 7.251% ， 99.7% 的地震震源深度在 40km 以内。表 1 为全球热机带和冷机带地震活动的频次统计，图 2 为表 1 数据的示意图。由这两个图、表可见，热机带是全球地震最为活跃的地震构造带。图 3 为相应的地震重复率曲线。由图可见，热机带与全球地震重复率曲线几乎重合，而冷机带的重复率曲线则大大偏离这两条曲线。冷机带的斜率（ b 值）明显大于热机带，说明二者活动水平明显差异。由图 3 还可见到， ANSS 地震目录 5 级以下的地震记录不全，与所取地震台网的监测能力有关。表 1 全球热机带和冷机带地震活动频次统计震级全球热机带冷机带频次 % 频次 % 4.0-4.9 307504 286670 93.22 20834 6.78 5.0-5.9 75240 68336 90.82 6904 9.18 6.0-6.9 5432 4995 91.96 437 8.04 7.0-7.9 564 550 97.52 14 2.48 8.0-8.9 33 33 100.00 0 0 9.0-9.9 2 2 100.00 0 0 总频次 388775 360586 92.749 28189 7.251 图2 全球热机带和冷机带地震活动强度分布示意图图3 全球热机带和冷机带的地震活动重复率曲线 2.2 热机带和冷机带的地震活动状态取热机带和冷机带地震活动的年频次 N/a 随时间的变化如图 4 所示。由图可见，尽管二者的年频次大小相去甚远，但其随时间的变化趋势是基本一致的。这表明它们的活动受到同样的因素所制约。图4 热机带和冷机带地震活动的年频次曲线 2.3 热机带地震活动的层状结构热机带地震活动的主要特征是具有大量的中深源地震活动，深度 50km 以下的地震占热机带地震总数的 35.50% 。热机带地震频次 N (h) 随震源深度的分布如图 5 所示。作为对比，本文取地震的应变能随震源深度的分布研究 . 做法是按照常规的应变能公式（焦耳 1/2 ）累加计算。式中 M 为震级。 ANSS 目录中包含 M s 、 M b 、 M w 和 M L 等多种震级标度，作为一级近似，本文统一当作 M s 震级值来估计。 h 为震源深度，每 50km 分为一档。热机带地震应变 ε (h) 随震源深度的分布如图 6 所示，与图 5 的分布状态基本一致。分析图 5 和图 6 ，似乎可以将热机带的深部划分为若干层状结构：第一层，深度 0 ～ 50km ，耗散层。地震与火山的能量释放集中在壳内。第二层，深度 50 ～ 150km ，一般公认为熔岩囊，或可称储能层。该层累积深部所传递的热能，伺机推动壳内强震和火山活动，释放所存储的能量。第三层，深度 150 ～ 300km ，次级能动层。该层为一些较次级的地震柱的发动层，包括诸如 03 号、 04 号、 11 号、 17 号、 18 号、 19 号、 21 号、 F1 号、 F2 号等地震柱。这些地震柱的最大震源深度都在 300km 上下。也有特例，比如 F3 号北美洲地震柱，按照 4 级以上地震目录，其最大深度为 98km ，然而按照北美洲 2 级以上的地震目录，其深度可达 600km 以上。 19 号地中海地震柱的意大利分支，其情形也是如此。第四层， 300 ～ 500km ，恒热层。此层地震活动状态较为稳定，多余的热能可以直接穿过，是故一些超级地震柱在此层内地震皆不活跃。第五层，深度 500km 以上，超级能动层。该层为一些超级地震柱的发动层，包括诸如 01 号、 02 号、 05 号、 06 号、 07 号、 08 号、 09 号、 10 号、 12 号、 13 号、 14 号、 15 号、 16 号等地震柱。这些地震柱的最大震源深度都在 600km 以上。图5 热机带地震频次随震源深度的分布图6 热机带地震应变随震源深度的分布 2.4 热机带和冷机带的相互关系 M 型的热机带与 W 型的冷机带，在地球表面呈倒扣之势展布，位相错开约地理经度 90 °，似乎表明是受到地球自转作用或者包括外太空作用形成的两大构造带。所以，它们的关系是密不可分地。但是，从人类自身的利益考虑，自然最为关心的是热机带的活动问题。所谓热机带，由于存在大量的中深源地震活动，可以从地幔深部带来大量的热能到达地表，被称为热机带应该是名副其实的。有人们说了，冷机带也有火山活动，自然也是“热”的。其实，热机带和冷机带的关系，似乎可以比喻为汽车内燃机的气缸与排气管的关系，即热机带是个作功的系统，而冷机带则是冷却系统。二者的“热”与“冷”，只是相对地。于是可以说，热机带是一个灾变带，而灾变效应必然会在冷机带上得到回应，以求达到整个地球热能的平衡与调节。 2004 年热机带上的印尼 9 级地震与 2010 年冷机带上冰岛火山的强烈喷发，或许正是这种“回应”的例子。 3 讨论与结论本文通过对全球热机带和冷机带的对比研究，可以引出很多深层次的思考。（ 1 ）全球 92.75% 的 4 级以上地震、 97.66% 的 7 级以上地震都发生在热机带。据不完全统计，全球 87% 以上的活火山也集中在热机带内。因此，热机带是全球的地质灾变带。热机带位于全球人口最稠密的地带，因而加大了它对人类的威胁。（ 2 ）热机带内的地震与火山活动如此强烈，最直接的原因应该是带内的中深源地震活动所造成的。可以武断地说，中深源地震的活动决不是地表构造活动应变能的积累所致。相反，中深源地震活动所释放的能量在地幔深部是无法耗散的，只能传递给上层的低温层，自下而上逐层驱动，从而为其上层的地震活动积累能量。按照本文的粗略估计，深度大于 50km 的壳下地震所释放的应变能，约占壳内地震活动所释放应变能的 47.12% 。如果还考虑到随中深源地震活动所伴随的热对流上升，经过年代纪振荡地累积，则在熔岩囊内所存储的能量足以发动壳内的地震与火山活动。关于热能的对流上升，借助开水实验是可以理解的。加热水体时，水体热能的增加并不全靠气泡的破裂所带来的热能上涌，更主要的应该是靠对流作用。因此，中深源地震的活跃，只是上地幔热能活动的一种表征，并非熔岩囊内所积累能量的全部。（ 3 ）这样一来，我们传统的观念，即地震活动是由于地表构造活动的应变能积累所致，将会受到极大的挑战。早先，我们理解为构造体系的构造活动应变能积累导致薄弱构造部位发震，后来又理解为块体活动应变能的积累导致薄弱构造部位发震。然而，构造体系和活动块体在地球表面到处可以划分出来，大大小小的板块和活动地块数不胜数，可为什么地震与火山活动只集中在热机带内？再者，地表构造活动所积累的应变能，怎么也无法导致 600km 以上的深源地震。（ 4 ）于是，作者以为应该转变地震预报研究的传统观念，加强对壳下地震活动的观测与研究 ① 。为此，作者 2014 年曾向有关地震部门提出过“改善我国地震预测工作的建议” ② 。目前，全球对壳下地震监测做得最好的地方，数北美洲中南部和地中海地区，中国新疆的北疆地区近年来也有很大进展。作者曾利用北美洲中南部 2 级以上地震目录预测过 2012 年 4 月 12 日加利福尼亚湾的 6.9 级地震 ③④ ，利用地中海 2 级以上地震目录推演过意大利 2009 和 2012 年 2 次 6 级地震预测的可能性（英文稿，未发表），利用北疆地区 2 级以上地震目录推演过 2012 年新源 6.6 级地震预测的可能性，利用全球 4 级以上地震目录做过未来 3 年（ 2012 ～ 2015 ）全球壳内强震与火山的预测（正式的预测卡片—— 0419 卡），都收到了较好的预测效果。地震地热说的预测方法利用地震柱内地震震源深度的时间序列和壳下地震活动的空间分布等资料分析，可以提前几个月预测未来壳内强震或火山的大致时段、大致地点和大致强度。（ 5 ）加强对壳下地震活动的观测有两个要点。第一是对热机带上的重点关注地区，拟合理布局地震观测台网，做到对 2 级以上地震的有效监测。第二是震源深度的测定，拟建立起全球统一的工作规范与精细的地壳结构模型。关于震源深度的测定结果，作者所搜集到资料，似乎只有北美洲中南部、欧洲地中海地区和中国新疆的北疆地区的资料比较好用。这三个地区的地震目录都包含 1 级以上地震，而且震源深度资料可以相互比拟。当然，目前情况下，震源深度的测定并非要求绝对准确，但要求可以相互比拟。（ 6 ）不论采用哪种思路进行地震预测研究，地震预报仍然面临巨大的困难。最大的难度在于， 7 级以上的壳内强震如同火山喷发一样，具有突发性。因此，每当壳内强震发生后，人们几乎很难找到像样的地震“前兆”。即便是壳下地震活动，大概也由于震前震源体的闭锁而“窒息”了。因为，临震的预测犹如开水试验中寻求“响水不开”的时刻，然而那只是一瞬间的事。但是，不论地震活动的能量是来自壳内还是来自地幔深部，壳内强震活动必然离不开壳内的地震构造，也离不开诸多的地球物理场效应，也必然造成震前的声、光、电、地下水、动物等等宏观异常。因此，加强地震构造研究、地球物理场的研究、临震宏观异常研究，乃至地震预警系统的研究，加强地震科普知识宣传和抗震设防工作，都是不可或缺的。综上所述，本文采用北加利福尼亚地震数据中心的 ANSS 地震目录，就全球热机带和冷机带的地震活动分布进行统计分析与对比研究，给出了热机带的地层结构，从而涉及地震成因与地震预报研究的思路问题。研究结果表明，热机带及其所包含的地震柱，是全球地震活动的主体，也是全球地质灾变的主体，基于其地层结构推测，壳内的地震与火山活动的能量很可能来自上地幔的深部。因此，应该转变地震与火山的预测研究思路，加强对壳下地震活动的监测与研究，或许能解地震预报之困。（ 2015.3.26 初稿）参考文献 NCEDC (2014), Northern California Earthquake DataCenter. UC Berkeley Seismological Laboratory. Dataset. doi:10.7932/NCEDC. 陈立军 . 地震地热说原理与应用 . 内陆地震， 2012 ， Vol.26 ， No.2 ， 108-122 陈立军 . 地震柱的概念及其基本特征 . 华南地震， 2013 ， Vol.33 ， No.1 ， 1-14 王海涛，李志海，赵翠萍，等 . 新疆北天山地区 Ms ≥ 2.0 地震震源参数的重新测定 . 中国地震， 2007 ， 23 （ 1 ）： 47-55 龙海英，胥颐，魏斌，等 . 新疆喀什一乌恰地区的 P 波速度模型和小震精确定位 . 内陆地震， 2005 ， 19 （ 1 ）： 16-21 陈立军 . 地震预测验证记录： 001 号加利福尼亚湾 4.12 发生 6.9 级地震 . http://blog.sciencenet.cn/blog-552558-558624.html 陈立军 . 意大利地震预报入罪事件的教训 . http://blog.sciencenet.cn/blog-552558-652328.html 陈立军 . 中天山地区强震活动成因探讨—以 2012 年 6 月 30 日新源 6.6 级地震为例 . http://blog.sciencenet.cn/blog-552558-829373.html 陈立军 . 全球 3 年度地震预测 0419 卡片的 2 年小结 . http://blog.sciencenet.cn/blog-552558-778598.html 陈立军 . 2013 年巴基斯坦 7.7 级地震与兴都库什的地震构造 . 内陆地震， 2015 ， 29 （ 1 ）： 15-27. doi ： 10.16256/j.issn.101-8956.2015.01.002 脚注 ① 陈立军.全球壳下地震活动的研究.湖南地震（内刊），2013年总第35期,5-13 ② 陈立军.关于改善我国地震预测工作的建议. 2014. xx省地震局科技处 ③ 陈立军、陈晓逢. 美国西海岸地震预测方法初探. 湖南地震（内刊），2012年总第34期，1-6 ④ Chen Lijun, Chen Xiaofeng,Wan Fangfang et al. The Earthquake Prediction Method Research in the West Coastof the United States. 湖南地震（内刊），2013年总第35期,90-98; 3130 次阅读|0 个评论

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