地震火山地下放电成因说和石油天然气金刚石地下放电成因说
关于大自然的地震
刘先志
今年经常有地震的报道。前不久台湾的地震也牵动了许多人的心。我前些时看了台湾的《联合报》关于地震的一些报道，我又一次看到了地震给人类所带来的危害。我想我们人类今后应当在减少和避免地震等大自然的灾害上，多做些努力。我们人类应当彻底弄明地震的成因，找到有效的防范办法。
对于地震，有一种较为流行的地震的断层成因说解释了其成因，但是我早在88年就感到这种地震的断层成因说，并不能自圆其说。我在88年曾在第38卷2期的《科学》刊物上看到过中科院学部委员傅承义先生发表的《对几个地球物理问题的想法》的文章，他在文章中也指出，地震的断层成因说值得商榷。我认为对于地震的成因，还需要开阔思路，以进行更为深入广泛的探讨研究。我在88年对于地震的成因作了一点业余探讨后，提出了地震火山石油天然气金刚石地下雪崩放电成因的假说，并在当时写出了《地震火山石油天然气成因新说——
地下雪崩放电成因说》一文。
我最初提出地震火山石油天然气金刚石地下雪崩放电成因的假说的时候，没有看到更多的关于地震成因的其他说法，我当时还以为这一假说在世界上还是一个首创。但是后来看到国外已有人在许多年前就曾提出过地震的地下雪崩放电成因说。例如，1990年出版的《地壳中的电磁现象》一书中介绍了苏联有位名叫沃罗勃耶夫科学家早在
1970
年就提出了放电引发地震的说法。在看到国外已有学者提出了地震的地下放电成因的假说之后，一方面我为这种不谋而合感到庆幸，另一方面又为我的地震放电成因说比别人提出得较晚，而感到有点遗憾。不过，我的石油天然气金刚石地下雪崩放电成因的假说部分，至今还没有发现有人比我提出得更早，我估计这一观点在世界上还属于首创。当时北京大学的一位地质学教授在看了我的《地震火山石油天然气成因新说——
地下雪崩放电成因说》一文后，曾来信写到：“您提出的地下放电成因以解释石油天然气的形成，我认为是很值得进一步探讨的课题。”我后来用了点时间，专门从地下放电这一角度，对石油天然气金刚石的成因作了进一步的探讨，并写出了《石油天然气金刚石地下放电成因说》的探讨文章。
现在，虽然国外早已有学者认为地震与地下雪崩放电有关，但是地震的地下雪崩放电说似乎还不为更多的人关注。我认为，在还没有证据能够完全证实地震的断层成因说，也没有证据能够推翻地震的地下雪崩放电说之前，各国的有关方面的科技机构和科技人员，不应忽视地震与地下雪崩放电的关系的研究。
下面是我在十年前初步写成的地震火山石油天然气地下雪崩放电成因说。
1999 11
地震火山石油天然气地下雪崩放电成因说
老刘
对于地震火山爆发的成因，笔者作了一点粗浅的探讨，并提出了一种新的地震、火山爆发、石油、天然气的成因说——地下雪崩放电成因说。在“地下雪崩放电说”的基础上，我们进一步提出了一点关于勘探地下能源、紧急预报地震、减轻地震灾害的设想。下面，我们先将“地下雪崩放电说”作一简要的介绍。
地球是一携带有大量的电荷的球体。在地球的内部，由于各圈层、各地块的物质组分、深度、压力、温度、湿度、电离度等不尽相同，因此各相间邻的圈层地块所携带的电荷也就不尽相同。例如，有的圈层地块所携带的电荷较多，有的圈层地块所携带的电荷较少；有的圈层地块所携带的是正电荷，有的圈层地块所携带的是负电荷。在携有不相同的电荷的圈层地块之间，存在着一定的电场。相间邻的圈层地块所携带、积累的不相同的电荷越多，则相间邻的圈层地块之间的电场强度越强。这种地下的电场强度可随着从太阳辐射而来的带电粒子的积累以及地球内部的各种运动活动所造成的电荷的积累而增强。一旦相间邻的圈层地块所积累的不相同的电荷极其多，以至其间的电场强度极其强，并且其间的温度、压力、电离度等超过了雪崩放电的临界点，即发生地下的雪崩放电。这种地下的雪崩放电的机理类似于天空中的雷电的机理。当强大的地下雪崩放电电流穿透岩层之时，则致使岩层的温度猛增，甚至使岩层中的岩石在一瞬间熔化，在岩石急剧熔化为岩浆的一瞬间，其体积同时发生爆炸性的膨胀；热膨胀的岩浆的巨大的爆炸膨胀力致使周围的岩层地块崩裂；这样就形成了地震及其地裂。由地下雪崩放电所产生的热膨胀的岩浆从崩裂开的地缝中喷发出来，即形成火山爆发。当雪崩放电电流产生在含有碳的化合物的岩层以及含有氢的地下水的地层中的时候，则电离出大量的碳离子和氢离子；这些碳离子、氢离子在高温、高压、高密集自由电子的条件下，发生吸收热量等等能量的化学反应，其中包括吸收热量等能量的合成为碳氢化合物的石油及天然气的化学反应。若电离出来的大量的碳离子未能与其它的一些元素的离子结合，而只是吸收热量等能量将一些自由电子俘获，则形成碳（包括坚硬的碳物质金刚石）。
由于地下雪崩放电所释放出来的巨大的电学能量一方面转化为力学能量通过地震、火山爆发过程中的地块、岩层的断裂、错动、震动以及地下物质的抛移等方式消耗掉，另一方面又间接地被一些吸收能量的化学反应产生出来的碳氢化合物等吸收，形成蕴藏的化学能量，因此，在一些频繁发生过地震的地区，往往蕴藏有丰富的石油、天然气等化学能源。例如，我国的四川省以及渤海等一些曾经频繁发生过地震的区域，其天然气和石油资源就比较丰富。苏联的研究人员已经发现，某些地区地震之后，其天然气的含量有增长的迹象。我们建议，在今后的地下能源的勘探过程中，多注意那些曾经频繁出现过地震的地区。
地下雪崩放电的时候，能从地下辐射出由雪崩放电所产生的无线电电磁波，还能从地下辐射、透射出由雪崩放电所产生的电光，即从地下辐射出一种地光。地下雪崩放电时，能连锁导致各圈层包括地表所携带的电荷量急剧地发生变化；地表的电荷量的急剧变化，则会造成地表与大气层之间的电场强度急剧地发生变化；一旦地表与大气层间的电场强度的变化量足够大，则可连锁地在地表与大气层之间发生雪崩放电，形成空中的雷电。由地下雪崩放电所产生的电磁波、地光、雷电光的传播速度远远高于地震波的传播速度。若能及时地探测到由地下雪崩放电所产生的电磁波、地光、雷电光、地表与大气层之间的电场的强度的变化，即可在地震波波及到地面之前，进行地震的紧急报警。我们设想，在地面上以及空中建立起网络化、立体化的对地下雪崩放电所产生的电磁波、地光、雷电光、地表与大气层之间的电场的强度的变化等进行探测的探测系统，并将这一探测系统所探测到的信息快速传送（包括采用光纤传送）到地震紧急报警中心的高速计算机进行处理，从而实现高速化、智能化、自动化的地震紧急报警。
如果将来证实地震确实与地下的雪崩放电有关，那么我们设想将来的人类可以采取如下的办法来消除和减轻地震的危害：在一些地震较为频繁以及将有可能发生地震的地区，采取多打深井，并置导体、导线将各圈层、地块连接起来，以使各圈层、地块积累的电荷得以中和泄放；另外还可用导线将各圈层地块之间的电能量牵引出地面，作为能源消耗掉。
本文写于 88.12. 26.
附文：对几个地球物理问题的想法（该文摘自88年《科学》32卷2期）
傅承义
（当时的中科院学部委员 地球物理研究所名誉所长）
地下岩层突然发生断裂，在极短时间内释放出大量的能量，产生了地面位移和错动并辐射出地震波。构造地震就是这样产生的。这个概念叫做地震的断层成因论。多数地震学专家对此都无异议，差不多已成定论。至于断层的产生，一般都假设是由于构造运动使地球内部的切应力慢慢积累并在某些地区集中。当积累的应力超过一定的限度时，便产生了断裂。这样，地震活动性`就与最新大地构造形态发生了联系，即是说，地震应发生在构造差异运动最显著的地区。这是地震地质学一个重要的出发点。现代地质学的理论和方法有不少是在断层成因的思想指导下发展起来的，而且已经发展得很深、很远。
不过，仍然存在不少现象用断层成因的概念来解释并不十分令人满意。这里举出一些值得商榷的问题。首先是在实地观测方面。李克特在他的名著《地震学初步》中就指出过，真正伴有明确的成因断层的大地震，观测到的并不很多，典型的有日本浓尾地震（1891）和美国的旧金山地震（1906），但是更多的大地震是找不到成因断层的，看到的断层多半是次生的，即是说，它们是地震之“果”，不是地震之“因”。例如
1 9 7 6
年的唐山大地震时，人们在震中区发现了很长的断层，但是在断层上打钻，证明它是很浅的。一个很浅的断层，即使很长，也未必能产生那样大的地震。所以它只是地震的次生现象。有人认为，没有找到成因断层是因为它存在于地下看不到的深处，这样的论证虽难于否定，却不免令人存疑。
第二个问题是，根据断层成因的概念，大地震应该发生在大地构造差异运动较强烈的地区，因此地面上可以观测到的构造差异运动的痕迹就成了估计一个地区的地震危险性的一种判据。但是事实上，大地震往往并不发生在有明显差异运动的地方，只是由于发生地震了，才去寻找构造差异运动的证据。1966
年之前，邢台地区并未发现明显的构造差异运动，等到地震之后，差异运动也就跟着发现了。其实，要找断层构造，几乎处处都有；没有地震，就认为它们是死的；一有地震，它们又活了。其实，即使在活断层的地区，也未必一定有地震，因为观测已经证明，无震的地层滑动确实是存在的。因此，断层虽可以产生地震，但不是一个充足的条件。它是不是一个必要的条件呢？也还有讨论的余地。
第三个问题是：著名的弹性回跳假说只是一个定性的、运动学的描述，画在纸上似乎很简单，但放在三维空间则并不容易理解。在地下几十公里处，很难想象岩石介质中有回跳的空隙，而且回跳必须足够快才能产生可以觉察的地震波！所以这个假说的物理图像是很不清楚的。现代断裂力学的计算将这个问题向前推进了一步，引入了动力学的考虑，但许多工作都着重在岩石裂纹的扩张和失稳上。不过失稳的裂纹还不等于地震，因为后者必须伴有相当大的位错。几十公里长的断层所释放的能量是可观的，但分布得也很广。如何能集中在局部地区以产生山崩地裂的破坏，其物理机制也还不清楚。
第四个问题是地震群。有些地震群分不出主震或余震，没有主导的断层，也不导致大震。它们常发生在有过火山活动或岩浆活动的地区。以上这些问题虽然可以利用一些附加的假设来解释，但终觉勉强。
下文是我于1995年进一步搜集资料，写成的
《石油天然气金刚石地下放电成因说》。该项探讨属于本人的业余探讨。
石油天然气金刚石地下放电成因说
刘先志
提要
本文介绍了几个地上地下的放电现象，列举了通过放电生成氨基酸、碳氢化合物、金刚石的事实，根据这些现象和事实，提出了石油天然气金刚石的地下放电成因说。本文介绍了一些地震前出现的放电、地光、油气味、沥青味和碳化氢中毒现象，并揭示了我国的油气田的分布与伴有地下放电的地震火山活跃区的分布的大部分相关现象，建议石油天然气和金刚石的勘探不妨多注意那些地下富含碳的化合物或地下水的并且地下放电较频繁的地震火山活跃区及其附近区域。
一、 油气成因尚须探讨
对于石油天然气的成因，有一种较盛行的生物有机成因说是这样解释的：远古的生物尸体由于地壳变动埋在地下，经过长时间高压力的作用，尸体腐败而形成石油和天然气。对于这种生物有机成因说，现已有不少研究人员持怀疑态度，并列举了一些有关证据向有机成因说提出了挑战。相对于油气的生物有机成因说，已有不少研究人员提出了一些无机成因说，如碳化物说、宇宙说、岩浆说、天然气深源假说等。可以说，石油天然气的成因，至今还是一个值得拓宽思路，深入探讨的领域。
石油天然气的形成因素，除了人们现已提到的一些之外，是否还存在着尚未被人们关注的其它因素呢？
下面，我们先来介绍几个自然界的奇特放电现象。
二、地上地下存在放电
《奇异自然现象》一书中介绍了一种地上的山间放电现象：在有火山活动的幼发拉底河谷地区，有时会看到一个火球从一个山头出发，象一道闪电掷向另一个山头，并且还能听到隆隆的雷声［1］。
《地壳中的电磁现象》一书中介绍了一种地下的强放电现象：在
1966 年塔什干地震余震活动期间，在放到 500
米深井下的无电流的电缆头上，看到了强放电。据有关人员估计，深部电缆和地面接地线间的电压值为
5～10
千伏。另外还发现敷设在花岗岩里的电缆绝缘层因放电而损坏，甚至由于地下的强放电，造成电缆头熔化［2］。
90 年 4 月24
日《文汇报》的一篇题为《海底也有雷电现象》的文章报道说，原苏联太平洋海洋学研究所的科研人员发现：海底也有雷电。
对于上述的地上山间放电、地下放电现象，我们可作如下的解释：太阳是一具有巨大能量包括电学能量的球体，在太阳的电场以及太阳辐射出的各种带电粒子的作用下，围绕着太阳不停进行自转、公转的地球，也是一个携带有大量电荷的球体。《大气电学基础》一书告诉我们：相对于大气，我们地球携带了－5.6×10５C左右的电荷［3］。在地球内部以及地球表面，其地质构造、物质组分等是不完全相同的，因此其电荷的分布也是不尽相同。有的圈层岩层地块，分布积累的电荷较多，有的圈层岩层地块，分布积累的电荷较少；有的圈层岩层地块主要分布的是正电荷，有的圈层岩层地块分布的主要是负电荷。在分布有不同的电荷的圈层岩层地块之间，存在着电场。这种电场可随着各圈层岩层地块所分布积累的不同的电荷的增多而增强。一旦相间邻的圈层岩层地块之间的电场强度足够高，即会在相间邻的圈层岩层地块之间形成较强的放电甚至雪崩放电。
关于地壳中形成高电场从而导致地下的强放电，原苏联有位科学家早在
1970
年就提出了这方面的推想。《地壳中的电磁现象》一书中介绍道：“沃罗勃耶夫提出了地壳中产生高电场的假说。根据他的看法，岩石放电时释放的能量可达
1.44×10１６尔格。放电是在 10 -7
秒钟内发生的，因此，瞬时功率可达10 20
瓦。沃罗勃耶夫的关于介电岩石中产生高电场的推想，值得注意。”［2］
三、通过放电能生成碳氢化合物和金刚石
早在五十年代，美国科学家米勒曾设计制作了一个模拟原始地球的实验仪器装置。在这个封闭的装置中先充以类似原始大气的无机化学物质，然后在该封闭的装置中进行一周时间的放电，即得到十一种氨基酸的有机化合物。继米勒这一实验之后，其它一些学者也曾模拟原始地球大气成分采用火花放电、紫外线、电子束等，合成了各种氨基酸等有机物。
本世纪六十年代，形成了一门应用于化学领域的新兴交叉学科——等离子体化学。它建立在放电物理、放电化学等基础学科之上。等离子体化学的知识告诉我们，在放电的等离子体聚合反应中，不同反应条件一般都可以得到包括粉末、固体膜和油性齐聚物在内的不同结构产物。在放电的等离子体聚合反应中能制备出“具有异乎异常的亚稳态结构的有机高聚物、硅、氮化硅、含氢碳和有机金属化合物等”［4
］ 。
在放电的作用下，人们现在还能够获得人造金刚石。《大自然探索》95
年第 1
期的题为《我国人造金刚石合成的现状与展望》介绍道“用大功率等离子直流弧光放电式直流束技术能使金刚石生长速度达
980μm / h 。”
四、石油天然气金刚石地下放电成因说
根据上述的无机物在放电以及紫外线照射的作用下，生成氨基酸、碳氢化合物、油性齐聚物等有机化合物的事实以及生成金刚石的事实，并且根据地下存在着放电的事实，我们可提出如下的石油天然气和金刚石的地下放电成因说：当地下放电通过富含碳的化合物的煤层或岩层如碳酸盐的岩层和含氢的地下水时，则可电离出大量的碳离子和氢离子；与此同时，在放电的激发下，还能产生包含有紫外线、红外线、可见光线的地光，并且还能产生放电升温效应。在这种放电电离以及紫外线等光线的照射作用下，以及在地下高压、高温的条件下，能产生吸收热能、电能、光能、力能等能量的碳离子与氢离子的聚合反应，从而生成碳氢化合物的石油和天然气。当地下放电仅通过富含碳的化合物的岩层或岩浆时，其电离出的碳离子，在地下高压高温的条件下，与一些自由电子结合，从而生成坚硬的碳物质——金刚石。
五、地震前出现的放电、地光、油气味、沥青味和毒性碳化氢现象
人们现已发现，许多强烈地震发生前、发生时都伴随有发光现象，这种发光现象称为地震发光或简称为地光。关于地光，地震出版社出版的《地光》以及《地光探源》这两本书中，都介绍了许许多多的事例，并介绍了国内外对地光成因研究的情况
[5]。从所介绍的地光成因研究资料来看，大部分研究人员认为地光的形成与“电”有关。例如，日本学者寺田寅彦是用他提出的“水的毛管电位理论”解释地光成因的。日本还有人用“电弧理论”以及“岩石尘土磨擦起电”解释地光成因。六十年代末至七十年代初期，芬克尔斯坦和波威尔提出，产生地震“闪电”的电场是地壳中的压电效应引起的。我国的一些研究人员也认为，低空大气的地震发光现象可能是大气中静电场促成大气气体放电造成的
[6]。
地光中包含有可见、红外和紫外等各种波长的光。这种地光有时能对人体造成伤害。例如，海城地震中，地光对人体的伤害不下
2 0
起。据对病者症状诊断，海城地震时地光伤害，主要是紫外线、红外线烧伤
[6]。
《地光探源》一书中介绍的地光等相关现象很多，下面我们仅从该书中摘录数段文字。
“唐山地震前市区某部队驻地有一堆钢筋于 7 月 2 7
日下午迸出火花，经检查附近无高压线的影响，7 月 2 8
日大震后即消失。在发震的当天晚上唐山市区有灯绳带电，灯绳上掉下火球等现象”。[Ｐ６７]
“唐山地震前后不仅唐山一带，在北京也有日光灯自动闪亮的现象。”[Ｐ７２]“日光灯自动闪光的现象是它附近大气电场强化造成的。”[Ｐ１４５]
“据一位在露天塔式吊车上工作的工人介绍，临震前市内频频出现红、蓝、黄等各种颜色的闪光，把城市上空的云彩映成五颜六色，顷刻间，银灰色和青白色的光变为白色主色调，并不时有红色光芒辐射出来。”[Ｐ２３]
唐山“这次地震震级大，产生的地光很强烈，白光较多，地光分布的空间范围远远超过极震区，在距震中
2 0 0 公里以外的人仍能看到。”[Ｐ２１]
“唐山大地震前也有不少人观察到从地下冒出气体的现象。在震前一天出现的地气大都为浓雾状。它常常带有某种特殊的味道，如六六六粉味、硫磺味、血腥味、汽油味等等”[Ｐ５９]
海城地震“一个为人瞩目的特征就是出现了普遍而强烈的地光现象，震中区居民
9 0 %看到地光。”[Ｐ１０]“海城地震时凡震前出现硫磺味、六六六粉味、沥青味。”[Ｐ５４]
“1 8 8 7 年 1 月 2 3
日利古里亚地震期间一些漫散的光可以引起人中硫化氢或碳化氢之毒。”[Ｐ４３]
上述的地震前出现的放电、地光、油气味、沥青味、毒性碳化氢的现象，笔者认为它们不是一些孤立的现象，而是有着本质联系的现象。下面我们对上述的这些现象作一解释：地震前，在较强电场及其较强放电的作用下，能电离出大量的带电离子包括碳离子和氢离子，并且在这种较强放电的激发下，能产生包含有紫外光、红外光、可见光的地光，在这种放电电离以及紫外线等光线的照射作用下，以及在地下高压、高温的条件下，产生吸收电能、光能等能量的碳离子与氢离子的聚合反应，从而生成能令人中毒的碳化氢和含碳氢化合物的油气、沥青气。
六、石油天然气金刚石与伴有地下放电的地震火山具有一定的相关性
根据前面所述的石油天然气地下放电成因说，并且根据人们现已大量发现的地震时的放电、地光以及出现油气味、沥青味等现象。我们可以推想，油气田的分布是否会与地震活跃区的分布存在着一定的联系呢？通过一些考察和分析，笔者发现，伴有放电的地震与石油天然气确存在着一定的相关性。例如，我国四川省是一个地震多发区，而四川省的天然气资源较为丰富。俄罗斯哈萨林岛处于地震活跃区，1995
年 5 月 2 7
日其北部即曾发生过一次大地震，而该岛蕴藏有石油资源。原苏联的科研人员发现，某些地区地震之后，其天然气的蕴藏量有增长的迹象。
笔者收集到了我国的地震分布总图和油气盆地示意图 [8] [9]。从这两张图上，笔者发现如下的一些蕴藏有油气的盆地的地震密度较高：渤海湾盆地、陕甘宁盆地、四川盆地、楚雄盆地、兰坪思茅盆地、南襄盆地、江汉盆地、江苏盆地以及部分塔里木盆地、准噶尔盆地、吐鲁番盆地、三水盆地。
对照这两张图，笔者发现我国大部分含油气盆地位于或毗邻地震密度较高的地域。
对于我国少数的几个尚未发现与地震存在着相关性的含油气地域，笔者认为一方面当根据其地质构造等考察年代更为久远的地震情况，另一方面还应考察火山方面的情况。因为火山爆发时也伴有放电现象。笔者现仅根据收集到的我国少数几个火山资料，发现我国的某些油气田与火山也存在着一定的相关性。例如，高昌火山就位于含油气的吐鲁番盆地内。再如，位于地震密度较低的地域的大庆油田与其东北面的公元
1 7 1 9 — 1 7 2 1
年即曾爆发过一次的著名五大连池火山，相距不到 2 6 0
公里。另外，在大庆油田西北面约 3 0 0
公里处，还有一个诺敏河火山群。在大庆油田及其附近的扶余油田东南面还有镜泊湖火山、长白山火山群。
据《普通地质学》一书介绍，我国至今已发现的火山遗迹有 6
0 0 余座 [10 ] 。笔者认为，若能收集整理出这 6 0 0
余座的火山分布图，定能有所新发现。我国的火山分布与油气田分布之间的关系值得进一步研究。
另外，金刚石矿藏与伴有放电的地震火山之间的关系也值得研究。现在已发现，南非的芬什矿山地区曾是一个火山活跃区，而该地区就蕴藏有丰富的金刚石矿藏
[7 ]。金刚石矿藏 与火山存在着一定的相关性。
在这里笔者需要说明一点的是，虽然上文指出石油天然气金刚石与伴有地下放电的地震火山存在着一定的相关性，但这并不意味着，所有的地震火山活跃区，都会找到油气田和金刚石矿藏。这是因为，若伴有地下放电的地震火山活跃地区，其地下并不富含碳的化合物，则难以在地下放电的作用下，生成丰富的油气资源和金刚石矿藏。
根据以上所述，笔者建议，石油天然气和金刚石的勘探，不妨多注意那些地下富含碳的化合物或地下水的地震火山活跃区及其附近区域。
参考文献
1.《奇异自然现象》上册，W·R柯尔利斯主编
刘延隆等合译，地质出版社，1983 年版 P 63～64
2.《地壳中的电磁现象》，卡·纳·阿勃杜拉别可夫著，蒋宏耀译，学术书刊出版社，1990
年版，P138～139，P148
3.《等离子体化学》，周坤撰，《化学通报》1988 年第 1 期，P51～P52
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5.《普通地质学》，徐成彦，赵不亿主编，地质出版社，1988
年版，P250
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～P53
8.《现代成矿学导论》，郑明华著，重庆大学出版社， 1988
年版，P 9
9.《中国地震各时期目录汇编》，李全林、宋锐等著，地震出版社，1991
年版，P 91
10.《中国地质科学探索》，崔广振、石宝珩主编，北京大学出版社，1989
年版，P 314