岩石破裂以及破裂前信号的演变

地震是大量的岩石破裂事件。很多大地震之前都存在瞬态信号:电磁信号、磁场变化、电离层扰动、土壤导电率的变化以及其他震前信号。令监测人员奇怪的是,在震前短时间内一些震前信号会衰弱甚至消失不见。岩石中应力活化电流的发现提供了一个可能的解释,应力能够激活岩石中的移动电荷载体,即电子空位缺陷(electron va-cancy defects,EVD),也称空穴,用h.表示。h.相当于O2-中的O-,且以电钝性及休止的状态存在于无应力岩石中。当被激活时,h.沿着应力梯度方向流动,从而产生电流。在非常高的应力速率下,位错累积成微破裂,这正是灾变破裂的开始。当h.电荷载体无法再被激活时,震前破裂信号会明显衰弱。

应力激活电流与软化岩石

当岩石受到机械应力作用时,隐藏的电子缺陷就被激活。这种激活会产生通过释放高移动性的缺陷电子使岩石电导率增加的电子空穴对,相当于O2-点阵中存在的O-,叫做正空穴,用符号h.表示。这种电荷载体h.能够从受到应力作用的岩石中扩散到周围未受应力作用的岩石中。阻止h.流出改变了岩石的力学属性:使它们得到软化和弱化。进行中的研究针对与电荷载体h.相关的波函数的非定域作用,这种作用广泛影响到许多周围的O2-。尽管这种正空穴的数量密度可能低至千分之一,但实质上岩石子集中所有的O2-失去了一些电子密度。这种电子缺失会弱化阴阳离子间原子键的作用,从而影响到岩石的力学性质。