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强震突发,造成巨大灾害,能否预测?关键在成因机理。
通过大量地震现象的总结和地震过程的热力学分析,提出了《水的临界奇异性致震说》,发表在《地学前缘》2020年第1期。
(1)总体思路:地震的共性主要有平面上分带,与断裂相关;垂向分层,有多震层,震区深部常有高导低速层;与水密切相关;过程中主震时短具突变性;地震前后出现异常,部分动植物生长异常,地形地貌变化,出现地球化学、地球物理、气象等异常。又可分为两大方面,一是与断裂相关,断裂又是岩石性质与力两因素作用的结果;二是与水及其行为相关。这两方面共同作用,可引发水的二级相变,使水的物理化学性质发生临界奇异性突变,导致岩石力学性质明显弱化和热力剧增同时出现,从而产生强震。
(2)机理概要:简言之,岩石圈中水发生二级相变,水的物理化学性质发生临界奇异性突变,可使热力突变剧增、趋于无穷大,同时水的溶解行为突变迅速弱化岩石力学性质,压力剧增加上岩石力学性质迅即弱化从而产生爆炸和破裂形成强震。
水的临界奇异性致震图(按地壳15~35℃/km线性地温梯度计算的多震层深度10.0~23.3 km)
(3)强震3要素:在岩石圈局部,有大量的水,且温度达374.15℃和压力达22.1 MPa。
要有水。在地震区域的地壳和上地幔中要有一定量的水,这些水可有多种赋存状态。否则即便这种致震机理起作用,仍形成不了强震。
要确保3要素,必须要有断裂等降压构造,其有降压、升温和聚水三重作用。断裂是水聚集的场所,断裂降压提供水聚集的驱动力,且断裂降压才能使岩石圈局部的温压同时达到水的临界值(374.15℃和22.1 MPa),从而引发水的二级相变,出现物理化学性质奇异性突变。
以热容为例,左图显示临界点处水理化性质奇异性突变、趋于无穷大。右图若无断裂降压,岩石圈水理化性质仅小幅度渐变无突变
(4)强震许多自然现象异常源于水的临界奇异性。
水二级相变时,水的热容、电离度、粘度、导热系数、极性、氢键、离子积、扩散系数、介电常数、偏摩尔体积、溶解度、极性和化学反应性质(反应速率、选择性和转化率)等许多物理化学性质发生临界奇异性突变,导致诸如电、磁、热、光等多方面异常。但由于由震源到地表,这些参数受到干扰、混合或弱化等,从而与地震相关性变低。
水二级相变时的水热爆炸,原有平衡被突变破坏,又要达到新的平衡,在这个过程中岩石圈物质组成和结构等等的化学、力学等新的平衡,也会引起一些地球化学、地球物理等方面的新现象。
水二级相变时,水及其中含有其他气体组分从深部向浅部运移,对地下水、气象、动植物都会有间接的影响。
此外,按正常地温梯度计算岩石圈中374.15℃对应的深度与多震层深度完美重叠。
因此,在一些重点断裂区段,开展前述各种地球化学、地球物理、气象、动植物等特征或参数的异常变化测量和监控,强震预测有可能。
附:胡宝群-地学前缘2020-水的临界奇异性致震说.pdf 本文摘要版在“贵州地调”公众号中可见
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