地震地热说原理与应用

（上）

地震地热说原理与地震柱的概念

陈立军

1.  地震地热说原理

作者于1990年代研究中国地震震源深度与强震活动关系，发现中国及周边的珲春、台湾、云南—缅甸、帕米尔—兴都库什等4个热点对中国强震活动的影响，并在中国大陆壳内造成自下而上逐层驱动的现象，提出了地震地热说的假说，得到丁国瑜院士的肯定和指导（陈立军，2000）。

假说认为，中国周边四大深部“热点”高温高压下的地幔物质和岩石圈底部部分熔融的物质在某种共同机制制约下相互作用，以快速运移或者“暴沸”方式形成中、深源地震，其能量释放主要以热能方式通过传导和迁移（高温高压下的气体、卤水或岩浆等）依次传达到地壳内各地层，相继引发各地层的地震活动，最后达到近地表层，通过地表层晚期随机地震活动将剩余热能消减完毕，构成完整的“地震链”过程。如此往复，周而复始，4个“热点”活动错落交替，构成中国地震活动复杂的过程与格局（图1）。

近年来，作者利用取自http://www.ncedc.org/的ANSS地震目录和http://www.volcano.si.edu/的GVP火山月报资料，以及中国火山资料（刘嘉麒，1999），采用100km以下不同深度地震空间分布区域与活火山资料的比对，在全球划分了24个地震地幔柱（图2），获得地幔深部热能上升的通道，同样发现自下而上逐层驱动的现象，因而将上述地震地热说的假说引伸到全球，并逐个对地震地幔柱的强震活动和火山活动规律进行研究，获得一批重要的研究成果（详见http://blog.sciencenet.cn/u/seisman）。

因此，可以将地震地热说的原理重新表述为：全球24个地震地幔柱组成m型热机带，高温高压下的地幔物质和岩石圈内部分熔融物质，在某种共同机制制约下相互作用，以快速运移或暴沸方式形成中、深源地震，以热能形式自下而上逐层驱动，到达壳内并推动地壳构造活动，引发壳内地震与火山喷发，最后通过近地表层晚期随机地震活动将剩余能量消减完毕，构成完整的地震链过程。如此往复，周而复始，24个地幔柱活动错落交替，构成全球地震活动复杂的过程与格局。

2.  地震地幔柱的定义、构造特征与构造成因

（1）地震地幔柱的定义与划分

所谓地震地幔柱，是指由中、深源地震活动、壳内地震和活火山所构成的地幔深部或上地幔内的柱状地质体。因此，地震地幔柱的划分是以地震和火山活动的共同特征来确定的。

在三维空间内，地震地幔柱是顶点向下的圆锥体，是具有可视性、唯一性、独立性的地质实体。它类似于树，具有树根、树干和树冠，姑且称之为树型构造。同一个地震地幔柱内，可以是单树型、双树型或多树型构造。还有树杈型，即同一个树根和树干上带有多个树杈的（图3）。

21个全球性地震地幔柱包括：01南智利地震地幔柱，最大深度650km，最大震级8.8（以下均简称），树型构造；02北智利，深度655km，震级7.8，树杈型构造；03危地马拉，深度307km，震级8.0，单树型构造；04海地，深度255km，震级7.5，多树型构造；05白令海，深度421km，震级8.5，多树型构造；06鄂霍次克海，深度678km，震级8.3，扇型构造；07日本，深度605km，震级9.0，树型构造；08中国珲春，深度590km，震级7.3，潜在地震地幔柱（无树冠，下同）；09北马里亚纳，深度656km，震级7.4，壁状构造；10南马里亚纳，深度638km，震级7.6，多树型构造；11台湾及琉球，深度322km，震级7.63，多树型构造；12菲律宾，深度678km，震级7.9，树型构造；13所罗门，深度654km，震级8.2，树型构造；14西汤加，深度735km，震级7.9，树型构造；15东汤加，深度721km，震级8.1，树型构造；16印尼，深度675km，震级9.0，多树型构造；17缅甸，深度184km，震级7.9，单树型构造；18兴都库什，深度383km，震级7.6，单树型构造；19地中海，深度514km，震级7.7，树杈型构造；20西地中海，深度634km，震级8.0，潜在地震地幔柱；21南桑威奇，深度339km，震级7.4，树型构造。

3个次级地震地幔柱包括：F1马尼拉，深度286km，震级7.8，双树型构造；F2安达曼，深度252km，震级7.5，树型构造；F3北美洲，深度288km（2.5级以上），震级7.6，树型构造。

（2）地震地幔柱的构造特征

每个地震地幔柱的树冠以下，大约50～250km深度范围内，都有一个中等深度地震密集活动的柱状体，称之为熔岩囊。树冠是比熔岩囊大若干倍的壳内地震活动影响区。

熔岩囊是深部上升来的能量和物质的累积仓库，也是火山喷发所需岩浆库。熔岩囊较发育的可称渐进式，即深部能量通过熔岩囊中转而渐进式地释放。熔岩囊不发育可称暴发式，即热能可直冲壳内者。

熔岩囊内的能量积累通过火山喷发和壳内地震活动共同调制。初步查明，全球86.7%的活火山和98%的7.5级以上壳内强震都受到24个地震地幔柱的控制。一般情况下，活火山分布在熔岩囊的周边，壳内7级或8级以上的强震则大多分布在树冠的周边，显示一种将熔岩囊能量释放殆尽的状态（图4）。

地震地幔柱树冠已发现的有2种特殊结构：地中海和所罗门两个环形构造和缅甸的棋盘格式构造（图5）。

地震地幔柱是一个有生命的地质体。我们所能见到的只是它的当前状态。意大利的火山研究结果表明，意大利西海岸2000年以前可能存在一个规模很大的熔岩囊，大约从100BC开始由西北向东南方向逐渐萎缩，20世纪中期以后萎缩至当前所能见到的很小的地震地幔柱，著名的维苏威等火山相继熄灭或者休眠了，唯有位于当前熔岩囊顶部的埃特纳火山还充满着活力（图6）。

壳内地震活动影响区也不是一个固定的地块，随着地震地幔柱的生长、活动与演化是可变动的。

（待续）

版权所有，引用请注明。                                （2011.6.15初稿，2011.10.6修订）

参考文献

[1] 陈立军.中国地震震源深度与强震活动状态研究[J].地震地质.2000,Vol.22,No.4：360-370

[2] 刘嘉麒.中国火山.[M].1999.北京：科学出版社

[3] 李四光.地质力学方法[M] .1976.北京：科学出版社.

[4] 白登海、腾吉文、马晓冰，等. 大地电磁观测揭示青藏高原东部存在两条地壳物质流. 中国基础科学 ·研究进展，2011.

图1  中国及周边地震地幔柱的分布

图2  全球地震地幔柱的分布

图3  部分地震地幔柱的三维立体图像

图4地震地幔柱与火山和壳内强震的关系

图5  树冠的两种特殊构造

图6  意大利火山的衰落