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至尊木虫 (文坛精英)

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[交流] 地震是如何产生的

关于地震的成因，正统的观点认为：地壳内存在一种推动岩石的巨大力量，称为地应力。在地应力作用尚未超过岩石的弹性限度时，岩石会产生弹性变形，把能量积累起来；当地应力作用超过岩石的弹性限度时，就会在那里发生破裂或破裂带，或使那里原有的破裂带重新活动起来，将积累的能量急剧释放出来，从而引起地震。地震活动的特点是：具有一个体积不是很大的震源；所积累的能量即可以巨大到令地动山摇，也可微弱到让人毫无感觉；在强烈地震发生的前后往往伴随着许多小地震或余震，有时在强烈地震发生前还会出现地声和地光。根据地震所具有的以上特点，如果地震能量是通过岩石弹性变形方式积累的，那么，有实验表明，一个强烈地震向外释放出的能量，已经远远超出了体积不是很大的震源材料通过弹性变形所能积累的能量极限，其地应力作用更绝对超出了任何一种固体材料的弹性限度，为什么震源不通过一系列较小的地震活动把积累起来的能量分批释放出来呢？难道震源附近的材料强度都更高，足以承受一次甚至几次强烈地震所具有的地应力作用，只有震源处较脆弱；而与此同时，震源附近的岩层在发生强烈地震时又会产生大范围震动和断裂，在发生强烈地震前也可以出现一系列微震或弱震，表明震源附近的材料强度同样都脆弱不堪，根本经受不了比所发生的强烈地震还要低的微震或弱震所具有的地应力作用。如果强烈地震的能量还有来自远离震源几十公里以外处的大体积岩石弹性变形积累的能量，则震源应随震级的提高而趋于多点的长带状分布。即使地震所积累的能量很少，震源也不应该呈单一的点状，但我们从未发现强烈地震能够多地点同时爆发，难道造成地动山摇那么巨大的应力是完全集中于一点的？事实上，即使是人工精心生产的弹性材料和装置，其在超高压作用下通过弹性变形积累的能量密度也是非常低的，这也是直到今天人类还没有研制出高效储能装置的原因之一。天然岩石即使全部是清一色的优质弹簧钢，如果不经过极其精心的设计加工和组装，其通过弹性变形积累的能量，在释放时也根本不可能在地下长时间地产生多次往复震动。如果地震是岩石发生破裂造成的，则其破裂时间只能用瞬间来描述，即使是大体积的岩石多处发生破裂，岩石材料的性质决定了破裂只需很短的瞬间就已完成。大体积的岩石发生破裂造成的震动应该跟一次大爆炸产生的震动类似，不可能像地震那样长时间地高频低幅，以至于时间能够超过十秒以上。山体大塌方造成的震动可以延续较长时间，但那是山坡较长的缘故，地壳深层岩石在地震时难道是沿破裂带作远距离滚动运动的？此外，地壳深层的岩石并非弹性极好的单一材料，当地应力作用超过岩石的弹性限度时，由于地壳深层岩石的非单一性，它所积累的能量会优先以部分材料非弹性变形的形式释放出来，不可能成为强烈地震。地应力作用越强，受到地应力作用的范围就越大，也就会有更多地方的岩石发生非弹性变形，将能量释放出来。在地应力作用远远超过岩石的弹性限度，早已经巨大到令地动山摇的情况下，地壳深层的岩石材料在强烈地震爆发前那段时间，为什么不在地应力作用下随着震级提高成比例关系地产生非弹性变形呢？难道有一种超自然的外力作用，不让震源附近的岩石材料缓慢变形，却允许呈单一点状的震源在一个特定的时间开始作高频低幅强烈震动。事实上，双重的真理标准在自然界中并不存在，地壳深层的岩石材料在地应力作用下会不断地产生非弹性变形，随时将岩石材料发生弹性变形积累的能量不断地释放出来，绝不可能在受到超过岩石材料弹性变形应力的作用时不发生变形，高山、高原的崛起就是岩石材料弹性变形积累的能量不断释放的证明。青藏高原是世界上最高的高原，拥有世界上最高、同时也是非常年轻的山峰和山脉，但青藏高原的快速崛起并不表明当地一定会比其它地壳的破裂带发生过或会发生更多的强烈地震，因为强烈地震释放出的能量不是大面积的岩石材料弹性变形积累的能量，大面积的岩石材料弹性变形积累的能量会以大面积的区域通过缓慢的地质变化被释放出来。对强烈地震的产生还有其它多种解释，但这些解释都有其不足之处，不能全面说明强烈地震发生前后出现的各种现象。因此，有必要对此问题进行更深入地分析。根据强烈地震活动的特点，必须假设强烈地震积累起来的能量密度极高，其能量密度之大，远远超过了震源处各种物质发生化学反应或物理变化所具有的能量密度。因此强烈地震绝不可能是固体材料弹性变形积累的能量，从强烈地震发生的时间长短等现象来看，可以假设强烈地震是大量地下气态物质，在地壳深处岩层最薄弱处迅速膨胀造成的。但强烈地震还时常出现可传播至地表面的交变电磁场。本发明人认为：强烈地震的交变电磁场与大量地下物质受热发生热压电效应有关。地球实际上是一个很热的行星，从地表向下，大体上每向下100米，温度大约会增加3 ℃，在地壳的破裂带上，温度增加的更快。在地壳板块的边缘处，也即在地壳破裂带上的地热集中点本来就非常多，非常容易形成具有爆发性的地下火山也即强烈地震。当地壳板块的破裂带上地热集中点汇聚的热能愈来愈多、地热集中点大量物质被迅速地由固态或液态加热至气态时，由于地壳的密封绝热作用，地热集中点附近呈气态物质的总量会不断加大，压力值也愈来愈高，当气态物质和热能积累到超过一定程度时，地热集中点周围大量呈气态的物质会如同火山爆发似的在地壳深处岩层最薄弱处迅速膨胀，膨胀使地热集中点处的压力有所下降，但附近大量处于高温液态的物质又迅速气化补充过来，阻止压力继续下降，使迅速膨胀得以维持，造成对地壳深处岩层的持续强烈冲击，于是，强烈地震就发生了。强烈地震的持续时间要比火山爆发短的多，是因为强烈地震的本质虽然与火山爆发类似，都是大量高温物质迅速膨胀造成的，但强烈地震是发生在地下岩层深处，地下岩层深处的环境状态使高温物质的膨胀体积受到很大限制，不可能像火山爆发持续很长时间。在强烈地震发生时人们测量到的呈单一点状的震源，仅仅是大量呈气态物质迅速膨胀的爆发点，或者称之为地下火山的火山口，地下岩层深处的强烈地震的热源体积要比震源（地下火山的火山口）体积大的多，甚至有可能直通地幔。因此，强烈地震积累起来的能量密度，可以远远超过震源处物质发生化学反应或物理变化所具有的能量密度。如果地壳深层物质没有从固态或液态被加热至气态，或者说如果没有大量被加热至气态的物质，则产生的地壳变动仅仅是固态或液态物质热胀冷缩或断裂引起的变化，即使地壳深层岩石全部是单一的优质弹簧钢，一个体积不是很大的震源也只能产生微不足道的震动，只能形成微震或弱震，不可能形成强烈地震。因此，地壳深层如果密封有大量的水等容易被加热汽化的物质，或者是向地热集中点深处注入大量的水等容易被加热汽化的物质，就容易诱发地震。有一种分析认为，向地壳深层注入大量的水，其润滑作用会使地壳深层的物质更容易在外力作用下产生滑动，从而引起地震。由于水的浸泡不能显著改变整块岩石层的强度，但有可能在整块岩石层之间溶解冲刷出具有一定跨度的无固态物质的空间，形成崩塌震源空间，地壳深层物质在水的溶解冲刷作用下更容易在外力作用下产生滑动的前提条件是：在地壳深层适当的位置溶解冲刷出于或原来就有具有一定跨度的无固态物质的空间，否则，固体或液体物质的抗压缩性，决定了水的渗入并不能够令地壳深层的固体或液体物质在外力作用下更容易产生压缩变形，从而诱发引起地震。火山爆发的前后常常伴随着一系列较小的地震发生，也是由于呈气态的物质在地壳深处岩层最薄弱处迅速膨胀造成的，但由于有地表火山口的存在，当地壳深处呈气态的物质总量不断加大、压力值愈来愈高时，大量呈气态的物质会从火山口直接冲出地面，将能量释放出来，形成不了强烈地震。不难理解，由于地壳的密封绝热作用，强烈地震发生后的震源附近依然会存在大量呈气态的物质。因此，在强烈地震发生后还常常伴随着一系列较小的余震发生，直到震源附近的高温物质彻底失去在岩层中的膨胀能力时，余震才会停止。由于在地壳板块中央部分的岩层结构较为均匀，不象地壳的破裂带附近本身就存在较多的热点，产生的热能不易在非破裂带附近集中形成地下火山；在地壳表面附近聚集的热能则由于密封绝热作用较差，会很快散失掉。因此，强烈地震通常只发生在地壳的破裂带附近，并具有一定的深度，往往是处于地下几公里至几十公里处。接近地幔的岩层则由于压力和温度本来就很高，密封在其中的容易被加热汽化的物质本来就以气态存在，压力和温度的变化也较小，不象在地壳的破裂带处随着深度的变化，物质的压力和温度也会发生急剧变化，从而会产生巨大的体积膨胀作用，故在地壳最深处和地幔上层发生的强烈地震也不是很多。但有些强烈地震的震源极深，从深度来看是处于地幔之中，因此，也不能说地幔中没有强烈地震发生。如果有些地震是密封在地下的被加热汽化的物质引发的，那末，地震的能量即可以很大，也可很小。在热能的积累过程中，由于大片区域的大量物质在强烈地震爆发前被加热，造成岩层物质中多种元素的热扩散速度加快，或者是地壳深层和地幔上层多种元素加速向外溢出，使震源附近某些地点地下水中个别微量元素含量发生明显变化。但这一征兆还同时受到其它多种因素的影响，具有很大的不确定性，难以据此对强烈地震作准确的预报。此外，强烈地震爆发前后还常常在地表出现的异常电磁场和地光现象，本发明人认为，强烈地震爆发前出现的异常电磁场和地光现象是由热压电效应引起的。当地壳板块的破裂带上地热集中点汇聚的热能愈来愈多，地热集中点大量物质被迅速地由固态或液态加热至气态，由于地壳的密封绝热作用，地热集中点附近呈气态物质的总量会不断加大，压力值也愈来愈高，当热能积累到一定程度时，高温高压势必会使地热集中点中原子的电子克服原子核引力的束缚，变成自由电子，同时令原子失去电子变成带正电的离子，在压力不是很高的状态下，失去电子的原子及克服原子核引力束缚的电子通常以等离子状态存在，原子核的引力作用及热运动使电子不能长期与失去电子的原子脱离开来。但是，当地热集中点的热运动产生的压力作用较高时，克服原子核引力束缚的电子就会与原子脱离开来，趋于飘浮到温度压力较低的地带，并使大量原子失去电子处于不稳定的带电状态。大量电子飘浮到温度压力较低的震源边缘地带，就会在震源附近形成一个带有大量电子的带电层，带电层所产生的电磁场传播至地面，就形成了强烈地震发生前地面上出现的异常电磁场和地光。因此，强烈地震发生前地面上出现的异常电磁场和地光表明，高温高压作用可以产生热压电效应。

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