地熱資源與地震活動共生深部驅動機制研究現狀與展望

韓江濤,牛 璞,劉立家,吳懿豪,辛中華,李卓陽, ,賈曉東

1.吉林大學地球探測科學與技術學院,長春 130026

2.地球信息探測儀器教育部重點實驗室(吉林大學),長春 130026

3.遼寧省地震局,沈陽 110031

0 引言

全球尺度下的構造活動是板塊之間相對運動的結果,板塊之間的擠壓和碰撞導致現代巖石圈板塊的界面區成為活動性最強的地區,表現為高熱流區的異常顯示、火山活動、巖漿侵入、造山運動、地震活動以及變質作用等,地熱資源富集與地震活動孕育在深部控制機理方面密切相關[1-2]。地熱資源與地震活動兩種地質現象緊密共生、相互協調和相互依存。

地熱資源富集和地震活動是地球內部能量釋放的兩種表現方式,是板塊構造運動的產物,兩者存在密切關系[3-6]。兩者的生成關系可以總結為同源關系或因果關系[7]。板塊之間的擠壓與碰撞、斷裂活化、流體運移與應力積累等動力學過程可以同時引發地熱場變化與地震活動[8],使得兩者存在同源共生的關系。地熱可以為地震的發生提供動力,地震可以釋放熱能形成熱異常,所以認為兩者存在因果關系。

地熱資源與地震活動的耦合共生行為表現在:一是地溫場可以對巖石物理力學性質以及地殼動力學過程產生直接影響[9],分布不均勻的巖石圈溫度與熱結構產生的熱應力導致中上地殼脆性層應力積累,直至巖石破裂[10-11];二是深部高溫流體在斷裂構造運移過程中,產生的揮發性物質(H2O、CO2)進入周圍巖層,使得孔隙內壓力增大、巖層破裂,從而引發地震[12-13],或是熱流體向上運移,局部聚集于地殼,直接作用于斷裂,在弱化強度的同時增加孔隙壓力,引起斷裂失穩,誘發地震[14];三是斷裂構造在活躍的地震活動作用下保持開放狀態,使得地下水可以循環到深層高溫地區,在加熱后以熱流體的形式流回地表,形成地熱資源[15],使得地震活動與地熱資源共生并相互轉換。顯然,流體、斷裂構造或薄弱帶是地震活動與地熱資源共生的主要深部驅動要素,由于其共生關系導致淺表形成地熱資源或地震災害活動。

深部地球物理探測揭示了地熱資源的深部背景和地震的孕育過程。例如:利用大地電磁測深建立了羊八井水熱型地熱系統的電性結構,確定層狀儲層位置[16];利用地球物理結合熱物性測試、地球化學分析等手段闡明了共和盆地干熱型地熱系統成因機制[17];依據電阻率和磁化率數據成像發現了黃石公園熱液系統流體路徑[15]:表明深部地球物理探測已廣泛應用于地熱系統研究[18-22]。同樣,深部地球物理探測揭示了地震活動性。例如:利用大地電磁測深建立大震源區的地殼結構,并將觀測結果與地震成因機制聯系起來[14, 23];通過地震臺站記錄的觀測資料揭示九寨溝、通遼等震源區的深部介質特征與孕震環境[24-25];利用地下速度結構或者電阻率結構確定地震帶的控震構造,為后續地震發生機理和地震危險性的分析提供重要依據[26-27]。

全球典型的高溫地熱與地震活動帶分布多局限于板緣構造環境,同時陸內中--低溫地熱資源與地震深部背景及動力學過程更為復雜。本文通過系統調研及歸納總結,系統討論不同構造環境地熱資源與地震活動的共生深部驅動機制。首先,總結了全球高溫地熱帶及大型/超大型地震帶的形成背景;其次,總結了地熱資源及地震活動的共性深部驅動要素;再次,總結了地熱資源與地震活動的地球物理深部探測成果;最后,從理論、成因、方法等多方面對地熱資源與地震活動的共生深部驅動機制研究進行展望。

1 全球大型/超大型地熱帶及地震帶

1.1 地熱帶

地熱資源按溫度分級,可分為高溫地熱資源(≥150 ℃)、中溫地熱資源(90～150 ℃)和低溫地熱資源(<90 ℃)3類[28]。地熱資源具有獨特的形成規律性和地域性,高溫地熱活動一般分布在地殼巖石圈板塊邊界,形成板緣地熱帶,而中、低溫地熱活動廣泛分布在板塊內部,構成板內地熱帶,兩者在活動強度、熱源性質、地表熱顯示、流體水化學特征等方面存在差異[29]。由此可見,板塊構造運動對全球地熱帶的分布和活動具有明顯控制作用,同時在不同的大地構造環境下,地熱資源形成機制也有所不同。

活動性較強的巖石圈板塊邊界分布著大量的高溫地熱資源,所以板緣地熱資源具有條帶狀分布的特征。全球范圍內分布四大地熱帶:環太平洋地熱帶、地中海--喜馬拉雅地熱帶、紅海--亞丁灣--東非裂谷地熱帶、大西洋洋中脊地熱帶[30]。環球地熱帶與地震活動帶及活火山帶相互重疊,屬于火山型,存在豐富的巖漿熱源(火山、熔融體、侵入體等)[31]。熔融態或半熔融態的熔巖對淺部巖石具有強烈的烘烤作用,在具備充足水源的地方經常形成強烈的水熱對流,并在合適的位置形成水熱型地熱系統;美國蓋瑟爾斯地熱田就是該類地熱系統[32](圖1)。

據文獻[31]修編。

板內地熱資源一般是指遠離各大板塊邊界的板內地殼隆起區(褶皺山系、山間盆地)和沉降區(中新生代沉積盆地)內廣泛發育的板內低溫地熱活動, 屬非火山型,無火山或巖漿熱源,不具有帶狀分布的特征,其熱源受中新世到第四紀以來的噴發和巖漿侵入控制[33]。按形成的大地構造環境,可分為斷裂型和沉積盆地型。中國東南沿海地熱資源屬于斷裂型,大地熱流分布主要與構造運動相關[34]。沉積盆地型廣泛分布于世界各地,我國華北盆地、四川盆地、江漢盆地均屬此類。受板塊構造控制,我國地熱資源以中、低溫類型為主,高溫類型為輔[35-36]。

板緣地熱資源和板內地熱資源最主要的差別在于熱源的差異,熱源條件起決定性作用。板緣構造活動通常伴隨著地幔涌出的熾熱巖漿,為高溫地熱資源的形成提供有利條件;而板內構造運動相比于板塊邊界較弱,雖也有巖漿侵入及噴發活動,但構造活動的強度、斷裂的深度和規模也遠不能與板緣相比,因此一般形成中、低溫地熱資源[29]。

1.2 地震帶

地震可劃分為淺源地震(震源深度小于70 km)、中源地震(震源深度為70～300 km)和深源地震(震源深度大于300 km)。中、深源地震分布在海溝、火山島弧和大陸裂谷帶等拉張性構造帶,如環太平洋海溝、東印度洋海溝、大洋中脊、非洲裂谷、地中海—黑海—里海—波斯灣、歐亞大陸中部的伊塞克湖—阿拉湖—烏布蘇湖—庫蘇古爾湖—貝加爾湖裂谷等[37]。按地震分布可以在全球范圍內劃分出三大地震帶:環太平洋地震帶,活動最強烈的地震帶,集中了世界上70%的地震;地中海—喜馬拉雅地震帶,全長20 000 余km,分布相對分散,占全球地震的15%左右;洋脊地震帶,分布在各大洋洋脊的軸部,震級一般較小,約占5%。除此之外,也有一些發生于板內的地震帶[38](圖2)。

據文獻[37]修編。

針對地震活動的成因機制,國內外學者進行了大量研究,分別從板塊邊緣大洋俯沖型中、深源地震以及板內構造地震兩方面進行討論。

對于板緣中源地震成因機制,目前存在幾種主流觀點:1)脫水脆化機制[39-40],主要是由于俯沖洋殼中的藍片巖向榴輝巖轉化過程中發生脫水作用或葉蛇紋石的脫水作用引起的一系列反應,使斷裂面附近巖石脆性增加,同時伴隨著流體孔隙壓力增大,破裂面上的有效正應力降低,斷裂可能發生滑動,導致地震發生(圖3);2)熱剪切失穩機制[41-43],礦物剪切產生熱量使得巖石發生塑性變形,導致不穩定滑動,從而引發地震;3)黏滑機制[44-45],礦物的摩擦導致不穩定黏滑滑移,從而誘發地震[46]。針對深源地震成因,學者提出相變觸發斷裂機制[47]。當然關于中、深源地震還有一些其他的形成機制,包括塑性不穩定[48]、剪切誘發熔融[49]、重結晶伴生的不穩定[50]、多形相變[51]、脆性剪切破裂[52]和反向破裂理論[53]等。

灰色區域. 水合物;灰色箭頭. 流體排出方向;黑色箭頭. 不同區域脆性破壞模式。σ1. 最大壓應力;σ3. 最小壓應力。據文獻[39]修編。

多數大型地震發生在活動板塊邊界[54],但是在相對穩定的大陸內部也會有大型地震發生[55]。研究表明,穩定的陸內地震活動具有“雙模態”特征,地震主要發生在上地殼1/3以上和下地殼1/3以下這兩個孕震層[56]。板塊內部構造地震都是由于上地殼先存的構造滑脫層在應力場作用下發生破裂和錯動而引發的[57]。地震成因機制是一個較為復雜的問題,存在多樣性,針對板內構造地震成因機制,現存幾種模型:1)由位于積累單元斷裂面上的剪切應力與摩擦阻力之間的力量對比所建立的三階段孕震模型[58](圖4);2)華北盆地的兩種強震模型,即上地幔熱物質入侵下地殼引起的兩層破裂震源模型[59]和地幔亞熱柱控震模型[60](圖5);3)運用顆粒物理原理建立的地殼與地幔運動顆粒模型[61]等。除此之外,隨著人類對自然資源的挖掘和利用日益加重,大肆開采油田和礦產、建水庫、開展核試驗等活動使自然環境遭到嚴重破壞,也可誘發地震。

a. 積累單元周圍近似四象限應力分布;b. 地殼塊體相對運動。A、B. 地殼塊體;C、D. 積累單元。據文獻[58]修編。

事實上,單獨一種成因機制并不能完美解釋地震的成因,可能不同區域的地震由不同的成因機制占主導,其他機制也參與其中,多種機制共同參與地震過程[46]。

2 地熱資源及地震活動深部驅動要素

2.1 地熱資源深部驅動要素

地熱資源起源于地球內部的熔融巖漿和放射性物質的衰變。1990年,Hochstein[62]較為完善地定義了地熱系統,即在有限空間內,地殼水通過流動將熱源傳遞到熱儲層的過程。該概念確定了地熱系統主要由熱源、滲透性地層及流體3個要素組成。地熱系統的“地質要素”包括生熱系統(源)、運移系統(通道)、滲流系統(儲)、保溫系統(蓋)[31, 63-64](圖6)。其中滲流和保溫系統主要分布在地殼淺部,具有保護和儲存熱能的作用,而總結前人對地熱系統的研究[12, 65-66],驅動地熱資源的深部控制因素則主要包括熱源以及斷裂。

據文獻[64]修編。

無論是巖漿熱源、放射性熱源,還是摩擦生熱等,充足的熱源是形成大規模地熱資源的前提要素。不同熱背景條件下,地熱系統的熱能來源及聚斂模式決定了熱儲溫度的大小及分布。目前對于熱源的認識主要集中于地殼深部、上地幔中形成的巖漿流體以及地殼中放射性元素U、Th、K衰變后釋放的熱量[67-69]。已有研究表明,更新世以來侵入的規模較大的巖漿巖體是形成地熱系統的主要原因[ 70-72]。年輕的酸性巖漿侵入體一般出現在擴張洋脊、板塊縫合帶、大陸裂谷以及板內熔融區等特殊的地質環境中,由于具有較高的黏度,巖漿在上升過程中會滯留在上地殼中,并在很長時間內為地殼淺部提供熱量[12, 73-75]。

斷裂不僅是熱液流體、地下水的運移通道,也是地熱流體的重要儲存空間。對于傳導型地熱系統,熱量主要來源于大地熱流,通過地殼深處和上地幔的熱量垂直傳導,以及對熱儲層中水平流動的地下水進行加熱,形成地熱資源[76]。此過程中斷裂并不是主要控熱因素。但在對流型地熱系統中,深大斷裂是地幔物質及熱流上升的通道,為巖漿底辟、侵入及對流提供有利條件。例如,在埃塞俄比亞裂谷Tulu Moye地熱區,巖漿流體通過穿切中上地殼的深斷裂向地殼淺部流動并形成地熱田[12]。淺部斷裂一方面可促進地表冷水與大氣降水下滲,從而補給地下熱水及淺層冷水;另一方面,由于深部較大的靜巖壓力差而引起熱液自深處向上運動,斷裂則可作用熱液至地殼淺部形成淺層地熱資源。例如:在懷來盆地內,斷裂與大氣降水、地表水及深部熱液構成水熱循環,形成地熱資源[77];在西藏羊八井地熱田區、福建漳州地熱田區,斷裂交匯處形成較大體積的破碎帶,為地熱流體的深部運移和淺部儲存提供有利條件,從而地熱資源主要分布在斷裂交匯處[78-79]。

2.2 地震活動深部驅動要素

地震作為耗能事件,震級的強度越大則需要的能量越大,在中、強地震的成因方面,地球內部流體隱爆是目前的主流觀點[80-85]。流體隱爆作用為地核和下地幔的流體攜帶了大量能量,并不斷向上運移。當流體在地殼中局部聚集、流體壓力大于圍巖抗壓強度和附加巖石靜水壓力時,爆炸發生,產生地震。由于爆炸的強度不同,引起的地震震級也不同,因此形成了不同震源深度、不同震級的地震[80]。在洋陸俯沖的地質背景下,Egbert等[86]通過研究卡斯卡迪亞弧前地下結構,發現洋殼向大陸俯沖的過程中含水礦物脫水釋放高壓流體,從而引起地震(圖7)[87]。Zhao等[88]對日本巖石圈速度結構和地震分布進行了研究,認為太平洋板塊俯沖產生的流體和巖漿是誘發地震的主要原因。同時高溫高壓下蛇紋石脫水實驗結果也表明板塊由于礦物脫水會發生脆化,脆化的板塊錯斷也會引發地震[39, 89-90]。在陸陸碰撞的地質背景下,Zhang等[91]對四川盆地長寧6.0級地震進行了研究,發現由于印度板塊深俯沖導致軟流圈地幔上涌,產生的流體導致地殼內發震層的應力積累并誘發地震。在華北克拉通內,劉文玉等[92]對懷—涿盆地內地震成因進行研究發現,盆地內部存在高溫流體,流體在檐式結構薄弱區富集并使得應力積累,導致巖石破裂,從而誘發地震。以上研究說明,流體是直接驅動地震活動的重要深部因素。

據文獻[87]修編。

地震誘發機制中無論是彈性回跳理論或其他理論均強調脆性破裂和斷裂滑動[47, 93]。斷裂(層)作為地震產生的關鍵,當其脆性變形破碎并快速釋放能量時會誘發地震。例如,在青藏高原北緣,由于印度板塊俯沖,發育了多條大型活動斷裂帶,區域內兩次8級地震都與發育的大型斷裂帶相關[94];同時斷裂應力狀態分析結果顯示,區域斷裂閉鎖性強,應力積累速率高,具有未來強震危險[95]。在高壓背景下,由于斷裂可作為流體運移的通道,流體會影響介質應力的重新分布,使得斷裂產生較高的不穩定性,從而誘發地震[96]。該過程是斷裂誘發地震的另一種方式,且在涿鹿地震[92]、松原地震[97]和汶川地震[98]等研究中均發現該地震活動驅動過程。

根據以上總結的成因機制和驅動要素,認為地熱資源和地震活動從孕育到形成的過程可以分為3個階段:第一階段為水在軟流圈形成部分熔融物質,并在構造薄弱位置進入巖石圈,這些部分熔融熱物質(巖漿)是地熱系統和地震活動的“源”;第二階段為巖漿以管道流形式上升到地殼底部,隨著溫度的降低,含水巖漿固結成巖、釋放水并產生揮發性物質,作用于周圍巖石或斷裂從而導致地震;第三階段為斷裂作為良好的導水導熱通道,將流體運移到淺部,在合適的位置形成淺部熱儲,同時也可能誘發地震。可以看出,作為源的流體以及作為通道的斷裂貫穿整個過程,所以可以將其視為研究共生機制的切入點。

3 典型地熱資源與地震活動共生環境

3.1 俯沖板塊前緣

環太平洋地震帶同時分布大量活火山和地熱資源。地震探測得到的日本巖石圈速度結構表明大部分殼內大地震發生在低速區或低速區周邊[87]。而大地電磁觀測發現,在世界各地的各種地熱帶、活火山和活動斷裂上,深部都存在從淺層延伸到地殼中的垂直電導體[12, 99]。通過估算日本九州火山下的高分辨率三維地殼電阻率結構,發現活躍地熱區和過去火山噴發的地表位置均位于深部導體上方,突出了在火山北部與深導體合并的次垂直導體,深低頻地震發生在該導體東南邊緣附近;這些亞垂直的導體、淺的富黏土層、發育的斷裂系統和高強度的凝固巖漿都可能促進了巖漿流體向九州火山地表的輸送[2](圖8)。

星星. 地熱發電廠; 白色虛線、實線. 志下町、麻生破火山口邊緣;空心三角形. 第四紀火山;C1、C1ne. 高導體。據文獻[2]修編。

受歐亞板塊與太平洋板塊及菲律賓海板塊在中國陸源地帶消減、俯沖、碰撞的直接影響,漳州盆地與相鄰地帶地質構造復雜,水熱活動強烈,并伴隨小地震的頻頻發生[100]。結合區內斷裂與溫泉等地熱資源的位置聯系(圖9),可以看出地熱資源基本上分布在與燕山期花崗巖相關的斷裂和裂隙系統中,即屬裂隙型呈帶狀展布的地熱顯示。根據已有地震記錄,1067—1601年間,漳州盆地內發生過5次地震,最大震級為6級[101]。震源分布的密度和地震發生的強度均為由西向東增強、由北向南增強,顯示出地震活動與地熱資源具有同步性,并且均由深部物質與能量交換所致[102]。滕吉文等[100]揭示地殼內10～16 km處存在一個以漳州盆地為中心、向兩側延伸的低速透鏡體,且被1條由上地幔軟流圈穿過、殼幔邊界至近地表的深大斷裂貫穿,其中低速透鏡體可能是一個干熱熔體且在逐漸固化,深大斷裂可能是上地幔軟流圈熱液物質向上運移的通道,為該低速體補充熱量。幔源熱物質在沿深大斷裂向上運移的過程中,不但為近地表提供了熱源,使得漳州盆地內形成溫泉水富集區[103],同時驅使近地表一系列斷裂活動形成地震[101]。這可能是漳州盆地及鄰區內地熱資源發育和地震活動頻發的重要原因。

據文獻[100]修編。

3.2 陸陸碰撞板緣

新生代以來印度板塊與歐亞板塊之間持續的碰撞,形成了喜馬拉雅造山帶并使得青藏高原抬升[104]。同時,持續到現在的印度板塊俯沖事件也導致了一系列構造作用的發生,包括沿高原生長方向的縱向擠壓縮短、隆升[105]以及高原物質的橫向擠出逃逸[106-107]。青藏高原東南緣是高原生長的東部邊界,存在一系列北向、北東向的斷裂構造和兩側完全不同屬性特征的地體,在擠壓作用、擠出事件持續發生的情況下,具有特殊的地質構造背景。特別是新構造運動時期,該區域地熱以及地震活動十分顯著[108-110],是研究地熱資源與地震活動共生深部機制的理想位置。

青藏高原東南部的高黎貢剪切帶(GLGSZ)被視為印支板塊的西邊界[111-112]。作為物質橫向擠壓的重要通道,青藏高原東南部具有地震、活火山等復雜的構造運動[113]。大地電磁三維反演結果揭示GLGSZ西部的騰沖火山下方存在3個高導體,被認為是由深部上地幔部分熔融帶支持形成的較高熔融程度的巖漿儲層(C1、C2、C3),同時GLGSZ附近的中震級地震均發生在上地殼電阻層底部的高導斷裂帶內,證明地震的發震結構可能與巖漿庫的流體有關,斷裂帶可以作為熱流體的上升通道[113](圖10)。

藍色三角. 大地電磁測點;紅色三角. 火山;白點:地震活動性;紅星. 地震震源;黑色虛線. 上升熱流體;黑色、紅色實線. 斷裂。F1. 龍川江斷裂;F2. 怒江斷裂;F3. 瑞滇斷裂;F4. 大盈江斷裂;TCB. 騰沖地塊;BSB. 保山地塊;RD. 瑞滇;GD. 固東;MZ. 馬站;TC. 騰沖;RH. 熱海;C2、C3. 高導體。據文獻[113]修編。

幔源氦可作為地球深部物質來源的示蹤劑,能反映深部巖漿、流體活動的遷移路徑。基于氦同位素研究,王云等[114]揭示了地表高熱流及地震活動和深部流體之間的關系。地熱異常區與高幔源氦(R/Ra>1)釋放區和上地幔低速異常區三者在空間分布上能夠較好吻合,說明淺層地熱異常在成因上與地幔軟流圈上涌有關。而強震源在空間上主要位于地熱異常區的溫度梯度帶上或2個地熱異常區的過渡帶上,深部流體(包括幔源流體和殼源流體)活動導致震源區熱狀態的改變是觸發大地震的關鍵因素(圖11)。

強震活動一般與幔源流體的向上運移有關,而同時大量的物質和熱量也被帶入淺層地殼形成地熱異常,這種幔源物質的滲透性尤其在伸展構造或剪切應變較強的地區更為顯著,這可能也是青藏高原東南緣成為地熱資源發育和地震活動頻發區域的原因。

3.3 板內穩定地塊

地殼中的流體被認為在地震和熱能的釋放中起到至關重要的作用,特別是在發散的板塊邊界。斷裂作為流體運移的通道,因活躍的地震活動而保持開放,使得地下水循環到深層高溫地區,并以熱流體的形式流回地表[15]。連續的小震級地震活動是由于循環地下水流體對深部熱巖石的作用,去除巖石熱量的同時引起斷裂面上有效法向應力降低,這一過程降低了斷裂強度,持續地作用最終導致斷裂破裂,引發地震[115]。

中國松遼地塊位于多重構造體制交匯處,其形成演化受到古亞洲洋和蒙古-鄂霍茨克洋閉合以及古太平洋板塊俯沖的影響[116-117]。太平洋板塊俯沖后滯留在東北地區地幔轉換帶深部[118],其攜帶的水向上運移在軟流圈底部發生熔融[119]。大地電磁探測發現松遼盆地上地幔軟流圈存在含水導致的部分熔融物質[120-121]。上涌的部分熔融熱物質可以作為盆地地熱系統的主要熱源[122-123]。上涌的巖漿遇到脆性的上地殼,滯留在脆性-塑性過渡帶及其下部,形成“底墊體”[124]。位于盆地腹地的松原市近年來發生多次5級以上地震[125]。地震區三維電阻率模型揭示地殼深部存在含水熔融物質,在其向上運移的過程中,在下地殼發生巖漿侵位,釋放流體,流體在弱化斷裂強度的同時,通過增加孔隙壓力降低斷裂的抗剪切強度,使斷裂失穩,誘發地震[14](圖12)。松原地震是流體誘發的地震,而釋放流體的巖漿體為盆地地熱系統的次要熱源[122],證明地震與地熱在形成機制方面息息相關。

FZF.扶余—肇東斷裂。據文獻[14]修編。

加利福尼亞的Sierran微陸塊是位于太平洋板塊和穩定的北美洲之間變形帶內的板塊碎片,其中的Coso地熱田,是Coso山脈中部的一個世界級地熱資源,該地區地震活動頻繁。根據區域地震數據反演加州中東部上、中地殼三維vP(縱波速度)、vS模型,發現在Coso地熱田中部0～3 km深度顯示的低vP、低vS區域為地熱儲層,下方的低速帶為充當熱源的巖漿房;重新定位的地震活動在地熱田附近形成空間聚集特征,且地震活動在Coso地熱田中部深度變淺;地熱區可能被自封閉的脆-韌過渡層所覆蓋,當脆-韌過渡層轉變發生偶發性斷裂時,暫時的流體上升可能會增加局部應變率,并驅動韌性巖石持續脆性剪切破壞(可能表現為地震活動群)[126](圖13)。

紫色虛線. 第四紀早期斷裂;黑星.Coso地熱田;紅星.紅山火山。據文獻[126]修編。

4 地熱及地震共生機制研究展望

1)高溫地熱資源與大型地震活動通常發生于構造運動活躍的板塊邊界。板緣地熱和地震機制研究較為成熟,已形成了較為公認的理論,而板內地熱與地震成因機制尚不清楚。雖然地熱活動與地熱資源富集是現今地下結構與物質交換過程的結果,但早期構造體制的繼承性對現今格局的影響往往被忽略,是今后研究的重點。

2)地熱資源與地震活動的外因是構造體制作用的結果,內因則取決于物質與結構屬性。前人基于地質、巖石物性實驗、數值模擬計算、地球化學和地球物理等結果,較為完善地總結了地熱系統的“地質要素”及地震活動的成因機制;但研究認識僅停留于兩者的觀測特征及轉換關系,缺乏完整的地震活動和地熱資源的深部控制與共生體系及相關理論。建立統一架構是共同解決資源與災害問題的捷徑,也是宜居地球和新能源安全供給兩大戰略目標的關鍵性科學問題。

3)流體和斷裂對地熱和地震的形成與控制起到關鍵作用。兩者都可能引起較為明顯的電阻率異常,利用大地電磁對導電性敏感的優勢研究這2個基本要素,可以取得較好的效果。同時地震活動多數發生在低速區周邊,作為熱源的巖漿體表現為高導低速的特征。地球物理聯合反演是綜合地球物理領域重要的方法技術,是當今國內外地球物理學科的發展方向和必然趨勢。基于聯合反演技術可以使各方法互為約束、互相補充,減少多解性,提高地球物理解釋的精度。在此基礎上,應重點攻克考慮溫壓條件下的巖石物性和地球化學結果,實現地熱資源與地震活動深部控制要素屬性與結構的雙重表征。