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仇勇海的博客

关于地震预测预报

 
 
 

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关于我

1970年中南矿冶学院地球物理勘探专业毕业后留校任教,从事电法勘探的教学和科研工作。1984年获得国家自然科学基金的资助,该项目“电流场与金属矿晕”1989年获中国有色金属工业总公司科技进步三等奖。1997年晋升为教授。“铜电解液净化工业生产试验”1999年获国家有色金属工业局科技进步三等奖。2000年获得政府特殊津贴。著作:地电化学基础及应用,译著:自然电场法文集,均为中南工业大学出版社出版。

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地震是可以预测的(13-过滤电场)  

2008-06-09 23:46:53|  分类: 默认分类 |  标签: |举报 |字号 订阅

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 离子导体的自然极化

离子导体的自然极化用双电层形变来解释比较合适。

SiO2水解形成了H+、HSiO3-、SiO32-离子。

SiO2+H2O=H2O3→H2SiO3→H++ HSiO3-→SiO32-+2H+

SiO2颗粒表面吸附SiO32-、HSiO3-离子而带负电,它们形成了紧密双电层,而H+离子则形成了分散双电层,在分散双电层中的H+离子受SiO2胶团的吸引力较弱。注意到H+离子是水化氢离子,即以H9O4+或H3O+形式存在。

由于水溶液流动,这些水化氢离子就要发生迁动,但是同时受到胶核负离子的吸引,因此,胶团分散层中的水化氢离子分布就发生形变,即在水流流入端的水化氢离子分散双电层被压缩,在水流流出端水化氢离子分散双电层被拉伸,这样,每一个胶团就形成了一个电偶极子。注意到,水化氢离子中的H2O不是永久固定的,一个水分子随着水溶液流动方向走了,另一个水分子又补充进来了;水分子是偶极性的,整个胶团也是电中性的,水分子是偶极分子,胶团是电偶极子。成千上万、千千万万个电偶极子在水流方向定向排列,在水流流入断裂破碎带处积累了负电荷,在水流流出断裂破碎带处积累了正电荷,断层破碎带的两端因积累电荷形成的宏观偶层面电场,我们简称宏观电场,它相当于平板电容器形成的充电电场。在该介质中不存在电子导体,也就不会因有电子迁移而形成的电流。这就是离子导体的自然极化,它是因流动电位产生的。

胶团分散层中可移动的正水化离子,初始状态因水压力与胶核电引力作用达到动态平衡。在宏观电场的作用下,胶团的电偶极距将有所减小,即水分子在水流动方向产生的压力与胶核对正离子的引力、宏观电场对正离子的斥力之间建立了新的动态平衡。

如果水的流速增大,那么电偶极子的偶极距增大,宏观电场增大;如果水的流速减小,那么电偶极子的偶极距减小,宏观电场减小。如果水流动的方向改变,电偶极子随即转向,宏观电场随即反向。因流动电位形成的宏观电场,取决于水的流速,压力。通常情况下水的流速是稳定的,如地热场,因而可以观测到稳定的自然电场。与地震有关的自然电场,通常条件下也是稳定的,因此,我们可以观测到正常场;在地震孕育过程中,断裂破碎带中的地下水流动往往是变化的,因此产生了随时间变化的自然电场,特别是震前和临震之间,地下水的流动速度和方向发生急剧变化,那么,宏观电场也将发生急剧变化。可以看出,地应力改变引起水的流速及流向改变,水的流速及流向改变引起宏观电场改变,因而,观测自然电场的资料可以预测地震。

至于裂隙水中的正、负离子,它不受胶团引力场作用,它仅受到水的压力与宏观电场力作用。正水化离子受电场力作用向负积累电荷中心迁移,负水化离子受电场力作用向正积累电荷中心迁移,水的流动是由负积累电荷中心流向正积累电荷中心,因此,负水化离子运动速度增大,而正水化离子运动速度减小,形成了离子的定向流动电流,使得宏观电场有所减小,该电流相当于平板电容器中的漏电电流。

此外,地下介质存在许多微小裂隙,这些微小裂隙中水的分布与毛细管中水的分布相同,毛细管中水的分布具有弯月面状态,而紧靠固相的弯月面处是负离子,向下凹的弯月面中心正离子多一些,因此,也可形成一个薄薄的偶层面,虽然该偶层面之间的距离比较小,但地质条件下有成千上万个“弯月面”,由于毛细管粗细不同,成千上万个偶极面也可迭加成宏观电场,这在实验室中已经观测到,野外条件下硅化地质体能产生2000mV的自电异常可以用毛细管效应来解释。

离子导体形成的自电异常主要因流动电位而产生。在通常的地质条件下,上升泉周围可以观测到自然电位正异常,在渗漏点可以观测到负异常,因此,可以用来寻找地热泉;在水库发生渗漏时,那么在水库的下面可以观测到正异常,而在水库的渗漏点附近可以观测到负异常,因此可以用来寻找水库大坝的渗漏点和出水部位。在南方一些山区,覆盖层厚度比较大,由于雨水的渗漏和毛细管效应,可以观测到与地形成镜像的山地过滤电场,即正地形形成负自然电位异常。

造岩矿物所组成的种类岩石是不均匀体,可看作天然的毛细管体系。实际风化壳研究结果说明,随深度增加而递减的风化裂隙通常在10~50m左右,在构造破碎带可达100m左右。一些冲积、浅积的砂砾岩层孔隙度为14%左右,而粘土矿物的孔隙度可达60%。

裂隙渗漏电场、上升泉电场、河流电场等都归结为过滤电场。建立在流动电位基础上的过滤电场电动力学原理是可信赖的。自然电场法可以用以确定河流、湖泊、水库和渠道底部的渗漏地点,在地热资源的勘探中已经取得了良好的地质效果。天然地震孕育过程中伴随地下水位的变化,因而观测随时间变化的电场在地震预报中有可能取得显著效果。

 

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