岩石圈中水的临界奇异性与断裂耦合触发地震

以等压热容为例,研究岩石圈中水的临界奇异性及出现的条件,探讨岩石圈中水的临界奇异性与断裂耦合作用触发地震的可能性。岩石圈中水存在一、二级相变,相变时水的物理化学性质将发生明显改变,在临界点处表现出奇异性,如热容、膨胀系数和压缩系数等将趋于无穷大,按照Mie-Grneisen方程((P/T)V=γρCV),热容无穷大时将导致热压也趋于无穷大,压力将瞬时剧增。但水的临界奇异性出现的条件是温、压同时趋于临界值,在岩石圈中温、压是相互关联的,按照正常的地温梯度(15～35℃/km)和地压梯度(0.025～0.03GPa/km)计算,达到水的临界温度和压力的深度分别是24～10km和0.88～0.73km,即在岩石圈中若没有断裂的存在时则不可能同时达到水的临界温度和临界压力,不可能出现临界奇异性。断裂使压力降至水的临界压力,使得在岩石圈中某处温度和压力可同时达到水的临界值而出现奇异性,水的临界奇异性和断裂的耦合导致热压剧增,可能触发地震。

水的临界奇异性致震说

通过大量的地震现象总结和地震过程的热力学分析,得知地震的共性主要有:具分带性及与断裂相关性,有多震层,震区深部常有高导低速层,与水关系密切,主震时短具突变性,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。这些特征总体又分为两方面:一是与断裂相关,断裂的形成又是岩石性质与力两个因素作用的结果;二是与水相关。主要从断裂降压与水相变两个方面研究,进一步完善岩石圈中断裂降压与水二级相变时临界奇性耦合触发地震的机制,在此基础上提出了水的临界奇异性致震说。(1)由于脆、韧性断裂(或带)降压和聚水,致使地壳和上地幔局部区域的压力下降和温度上升,使温度和压力同时达到水的临界值,从而引发水的二级相变。(2)在临界点处的水二级相变时,物理化学性质发生奇异性突变,特别是水对固相溶解行为的奇异突变行为,使得地壳和上地幔局部的力学性质突变减弱;同时,二级相变时水CV的突变趋于无穷大,据Mie-Grüneisen公式热压(即热应力)趋于无穷大。断裂降压,造成岩石圈局部温压同时达到水的临界值,水发生二级相变,从而至少在以上两方面的作用下,引发局部水热爆炸而触发地震。(3)地震震级与水发生二级相变时的断裂局部聚水量呈正相关。(4)水临界奇异性会导致许多物理化学性质突变,是地震时各种地球化学、地球物理、动植物生长、气象等异常的根源,也是地震监测的主要指标。(5)初步讨论了地震与热液成矿、油气形成等地质作用之间的关联。(6)这个地震成因理论主要用于壳内强震机制解释。

水的临界奇异性及其对热液铀成矿作用的意义

水是地质流体的主体,随着温压条件的变化会发生相变,许多物理化学性质也随之改变。特别是水具有临界奇异性,这对热液成矿作用有巨大的影响。本文介绍了水的相变种类及特征,研究了岩石圈中水可能存在的相变,以等压热容为例研究了水的临界奇异性,指出:(1)当温压同时趋近于临界常数时,水的临界奇异性最明显;(2)在岩石圈中温压受地温线控制,只有在热液作用、中酸性岩浆活动及断裂作用同时出现时,才可能使上地壳中某一区域同时达到温压的临界值;(3)对于热液成矿作用而言,水的临界奇异性的意义至少包括溶解度发生急剧变化和产生瞬时高压,这些变化可导致成矿物质沉淀和断裂的产生。

岩石圈中水的临界奇异性——大规模成矿的根源

水的临界奇异性是岩石圈中许多重大地质作用的关键和枢纽，有独特的地质意义、超乎常识。水在临界点发生二级相变，许多物理化学性质奇异性突变，特别是溶解行为和热压的突变，对成矿作用影响极大。

自组织系统的非平衡相变临界指数及标度律(英文)

在具有普适意义的非平衡相变临界规格化模型基础上,讨论了一般自组织系统中的非平衡定态跃迁相变的临界奇异性和可标度性,导出一组普适的临界指数标度关系及普适类,由之计算出的四组非平衡普适类的临界数值与目前已知的实验及理论结果吻合得非常好。本文还讨论了平衡相变与非平衡相变的临界联系及普适性,将平衡相变临界标度理论的结果作为非平衡相变临界标度理论的理论极限而统一在同一理论体系中。

热液矿床水相变控矿理论初探

在综合水物理化学性质、热液矿床、溶解度实验研究等资料的基础上,曾提出热液矿床水相变控矿理论框架。在此进一步完善该理论:①当水发生相变时可引起热容、水中矿质溶解度、压缩系数、膨胀系数等物理化学性质突变,特别是在临界点处二级相变时还出现"临界奇异性"、部分参数趋于无穷大,与水在非相变区物理化学性质的小幅度渐变区别明显,必将影响成矿物质的活化、迁移和沉淀。而水是否相变及其相变种类取决于构造、岩浆活动、地温梯度等,按岩石圈正常地温线则直接取决于断裂、皱褶、韧性剪切等降压条件是否存在,由此可以通过热液成矿作用研究来探讨区域大地构造演化过程。②该理论有3个关键:水在相变区和非相变区的物理化学性质的明显差异,使含水系统中成矿物质带入、带出成为可能;出现与临近相变温压一致的地质环境,使成矿物质大量活化进入热液;后期局部降压使水相变而释放出成矿物质。总体而言,热液矿床水相变控矿理论研究岩石圈温度和压力变化范围内含水体系的物理化学性质变化及相关的地质响应,属构造物理化学的内容。