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纪念汶川大地震8周年与地球天然气源

已有 2942 次阅读 2016-5-5 17:56 |系统分类:科普集锦

纪念汶川大地震8周年与地球天然气源

 

岳中琦

 

2008年5月12日下午2点28分,四川盆地西缘长达500千米长的龙门山发生了8.0级地震大灾难。再过几天,就到了汶川地震大灾难8周年纪念日了。有必要再次阐述,我对汶川地震的研究过程和原创发现。同时,也有必要再次阐述,这八年抗震期间,通过对地震和火山等研究,我所揭示的地球甲烷天然气源的原创认识。

在博文“李世煇先生与对我的关心”http://blog.sciencenet.cn/blog-240687-974629.html中,我介绍了李老先生和他对我的关心,表达了我的感谢之意。在2014年,82岁高年的李老先生发表了《科技原创苦旅》著作(经济日报出版社,北京,ISBN978-7-80257-594-3)。这本著作第五章题目是“当代中国人若干科学技术原始创新简述”。它的第六节题目是“岳中琦提出‘极高压天然气地震成因理论’”(下图)。

在这第六节中,李老先生用较长的篇幅,较为详细地介绍了,我对2008年汶川8.0级大地震的原创研究,对2011年东日本9.0级大地震的原创研究,以及对地球甲烷天然气源的原创认识。因此,我就将这第六节转载在这博文附件中,以纪念汶川大地震8周年,并方便感兴趣的读者了解李老先生的文采、总结和点评。

2016年5月5日17:33写成于香港大学黄克競楼办公室

 

附件《科技原创苦旅》第五章第六节(第168-176页)

六. 岳中琦提出“极高压天然气地震成因理论”[1,2]

   (一) 自幼立志,钻研地震锲而不舍

1976年7月28日唐山地震后,岳中琦当时是安徽宣城初中三年级学生,震后参加了安置地震灾民的活动。1979年7月9日,江苏溧阳县发生强震,宣城距震中约100公里。岳中琦看到地震瞬间广大地面的波动。人民生命财产的重大损失,使得在毛泽东思想哺育下成长的、立志为人民服务的岳中琦非常难过。当天下午,岳中琦考完了全国高考,下决心学习、研究地震。8月,岳中琦被北京大学地质学系地震地质专业录取。

考上北大以来,岳中琦刻苦学习、探索研究定量勘测、计算和预测地质岩土体的力学响应和破坏规律,力图从科学上认识地震的自然本质。在现象上,每次地震就是一次在非均匀地壳内的极快速、极大面积的固体岩土体波动和破坏。但是,是什么原因和机理能造成这种大面积、大范围、极快速的地壳岩土体波动和破坏呢?

岳中琦认为,对地震孕育和爆发的成因机理和过程的研究,是个关于力学、地质、物理和化学的、随时间变化的静态、动态和动力反演的复杂性问题。一切与地震相关或不相关的现象,都应该成为这个反演过程的初值、边值和过程的条件或结果。因此,能够找到和考虑的地震现象是越多越好;在认识上力求以简驭繁,但是不能简单化。

(二) 传统的地震成因理论及其悖论

1. 传统的地震成因理论:断裂弹性回跳理论

   现在,全世界盛行的地震成因理论是断裂弹性回跳理论。这个理论是美国里德教授(H.F.Reid)基于对1906年4月18日美国加州旧金山7.8级地震中,地表变形和地表破裂的调查和研究,于1910年提出的。在20世纪60年代建立的全球板块构造动力假说的推动下,断裂弹性回跳理论得到广泛的认可和应用。人们认为,1906年4月18日美国加州旧金山7.8级地震,就是北美板块和太平洋板块分界的San Andress断裂的水平突然错动造成的。

   多年来,地震专家一直坚信地震是活动地质断裂的突然主动破裂;地震能量是断层两侧岩体因地壳变形而产生和储存的弹性变形能。这个固体弹性变形能是经多年板块移动而造成的断裂,以及两侧岩体逐渐缓慢变形而产生和积累的。地震能量的释放过程是断裂两侧弹性变形岩体在几秒到几十秒内的突然脆性破裂和扩展,然后再弹性回跳。地震专家们认为,岩石弹性变形能转变成地震发生的热能、弹性波和破碎岩石的能量。

   按照这种地震成因的断裂弹性回跳理论,地震时一定要有岩石间的强力主动破裂,以及岩石间的强力摩擦生热。这个巨大的热能应该导致宏观震中地面空气升温。

2. 传统地震成因理论(断裂弹性回跳理论)的悖论

   (1)岳中琦研究得出结论:迄今为止,几乎没有人在坚硬岩体中找到“地表同震破裂”,“地表同震破裂”主要发生在煤体和土体中。也就是说,“地震时一定要有岩石间的强力主动破裂”的假说,一直没有得到事实证明。

   (2)岳中琦发现:地震过程是地表和空气立即降温的过程。也就是说,所谓“地震时岩石间强力主动破裂,必然摩擦生热,这个巨大的热能应该导致宏观震中地面空气升温”的推论,恰好与事实相反。

   例如,2001年11月14日,昆仑山西8.1级大地震,“地表同震破裂带”长达426公里,宽数百米,破裂地表大多为冻土层以及部分冰层。 2010年4月14日玉树7.1级地震,在玉树震中有大量被地震错断、顶起、深陷的地表冻土层和冰层。这两次地震都不增温,反而都是降温过程。地表冻土层和冰层在地震时不但没有被地震热能溶化成水,而被地震断裂的又长又薄的冻土层和小小冰块,反而都被保存下来。

   又如,2008年5月12日汶川大地震后,四川省气象厅的温度测量结果表明,极震区的温度也是立即降温的,而且很快地降了两天大雨。

岳中琦研究发现,地震时可能发生的自然现象非常复杂,有37项之多。常见的现象如:中小地震的震源深度变化很大,而强震、大震的震源深度通常浅(25公里以内);地震在一个地方可重复发生,各地地震重复周期差别大,可有数十年数百年或数千年;地震前兆非常复杂,各地不一,难重复等等。

   传统的地震成因理论——断裂弹性回跳理论,不能科学合理地解释复杂的地震自然现象。

   岳中琦认为,地震研究的这种片面性和主观性,导致了目前全球地震预测和预报工作多年来没有实质性进展的局面。

   (三) 对汶川地震逐步深入的调查研究及科学发现

   2008年5月12日下午2时28分,灾难性的大地震突然在我国四川省龙门山发生了。岳中琦极度悲痛,立即放下手头研究工作,投身抗震救灾;5月20日和24日,在港大组织内地和香港专家召开“四川大地震区域地壳活动近10年异常现象和中国大城市发震断层調查”和“珠江三角洲城市防震减灾”等两个报告会。在会上,针对有人提问:“汶川地震部分建筑物为何呈孤立式毁坏?”岳中琦认为需要深入场地调查。

2008年6月至8月,岳中琦与中国科学院的同事协作,先后三次到汶川地震灾区考察。6月13日到23日,岳中琦考察了成都、都江堰、聚源、映秀、紫坪铺、什邡、绵竹、德阳、汉旺、北川、雷鼓、安县、肖家桥、江油、绵阳、青川、东河口、广元、剑阁等地的地震地质灾害,进行滑坡和堰塞湖等地质灾害的调查和防治工作。在考察过程中,岳中琦发现,汶川地震造成的大型岩体滑坡和建筑物毁灭性垮塌有两个本质相同点:其一,都是零星分散孤立地毁灭性发生;其二,都需要极其巨大的能量集中加载。由此,他推论,唯有地下高压煤气或高压天然气体爆炸的局部场地喷出,才能造成这种结果。回到香港后,岳中琦查找到、阅读和研究了大量汶川龙门山、川西坳陷和四川地质、煤田和天然气的文献资料,加深了这一发现的可能性的认识。

2008年7月27-29日,山东威海《第十届全国岩石力学与工程学术大会》后,岳中琦立即到汶川地震灾害现场进行第三次考察。他深入地调查了映秀镇、牛圈沟大滑坡现场、璇口镇、紫坪铺水库大坝、小鱼洞、龙门山镇、蔡家店、银厂沟、北川曲山镇灾区现场。他拜访了中石化-西南分公司勘探开发研究院,了解到川西油气勘探开采情况和龙门山地质构造历史演变。特别地,牛圈沟高速远程大滑坡中的巨量破碎和粉碎的花岗岩沙石、蔡家店高速远程大滑坡、银厂沟花岗岩大滑坡、曲山镇中心的湔江出露的、陡倾角夹煤线的薄层页岩和镇内建筑物底层压垮,使得岳中琦认识到:造成建筑物跨毁和大滑坡的气体不是浅层的煤层气或天然气,而是,深部运移上来的极高压天然气。从而,在返回香港大学后,岳中琦以这个天然气地震成因全新观点从网上查找和研究了汶川地震的各种现象。他观看和研究了一百多个汶川地震的视频报道。从中,找到了近20个地震时气体喷出现象的视频。他也研究了全球地震和天然气田等。根据这些资料和力学分析,岳中琦明确提出:汶川地震是龙门山断裂带深部由于异常高压天然气体导致的高速破裂、膨胀和气化上覆地质岩土体而造成的。

2008年9月10-12日在宁波召开的中国-英国岩土网研讨会(UK-China Geonet Workshops)上,岳中琦首次报告了深部极高压天然气造成汶川大滑坡和地震的学术观点。2008年9月15日,经香港大学安排,岳中琦向香港大公报、文汇报、星岛日报和明报四大报,阐述汶川地震是地下深部极高压天然气造成的观点,并均于次日见报。

在大量资料和证据的基础上,在众多不同学科专家的指导和帮助下,岳中琦发现,传统断层带长期地形变力源而突然断裂弹性回跳的地震成因理论,无法符合自然规律和自然逻辑地解释汶川地震的众多地震地质现象。这些现象包括:

   (1)几乎没有人在坚硬岩体中找到“地表同震破裂”,地表同震破裂主要发生在煤体和土体中;

   (2)宏观震中中央断裂带内的相邻城镇的破坏有巨大差别;

   (3)数十个山体的孤立巨大的坚硬岩石破碎,并近水平抛飞;

   (4)地震瞬时天昏地暗;

   (5)山坡地大量气体溢出、喷出、爆炸和闪光;

   (6)主震逆冲断裂与大地永久合并沉降的矛盾;

   (7)传统板块地震成因的四川盆地地壳刚性块体假设,与探明的盆地内5-6公里厚的含煤地层(软岩土)和巨量异常高压天然气储存之间的矛盾;

   (8)主震后一小段时间,紫坪铺水库水还在巨浪翻涌;

   (9)主震时宏观震中区空气普遍立即降温;

   (10)地震后数小时,灾区普遍降大雨两日;

   (11)主震和余震发生时,人们先听到地声,几秒钟后才感到地动;

   (12)龙门山断裂带分别与主震宏观震中分布和余震震中分布之间不一致的矛盾等。

   这一“极高压天然气地震成因理论”,能够科学合理地解释上述汶川地震一系列自然现象,也可以解释迄今人们在震前、震时和震后所发现的各种地质自然现象。

   (四) 极高压天然气地震成因理论

   地震的自然本质是,在地壳和近地表沿断裂带在几秒到几十秒内,特别巨大的能量突然释放。那么,这个特别巨大的能量从何而来?

   岳中琦的研究发现,发生地震的主要能源是地壳深部极高压甲烷天然气的体积膨胀能,它可以通过高压气体体积和压强,用绝热过程气体状态方程计算得到。

   地震形成过程的力学解释如下:地震是在重力、构造地应力和岩土体强度的配合和制约下,从地下深部沿断裂带逃脱出来的,飞速上升、侧升与挤压的异常高压气体,与断裂带岩土体之间的相互作用和绝热变化的瞬态完成过程。通俗地说,地震是在地壳内部断裂岩体中,高速运移的高压甲烷气体挤压、膨胀、冲击的瞬态完成过程。

   高压天然气是每时每刻在深部地幔更高压更重的物质中,逐渐产生的,不断地在致密的地壳岩石固体下部积累和储存的。当围岩环境条件适合时,地壳深部的极高压天然气必能胀挤破裂地壳岩石固体,在断裂带必定向压强低的侧向和顶部飞速破裂转移。一旦气体胀挤破裂围岩,气体压强降低,体积增大,地下破坏范围相应增大。

   地震能量释放的时间过程大体分为三个阶段:

  (1)第一阶段:形成地声  深部气囊中极高压气体胀挤破裂极高压围岩,冲击到距地表5~7公里深的浅层岩土体前,产生高频纵波,形成强大的地声。在第一阶段,极高压气体受到地质构造、重力和构造地应力的控制和约束。

  (2)第二阶段:冲出地层  极高压气体在浅层岩土体中聚集、极大膨胀、喷出,产生巨大地震波和地表破坏。在这个阶段,极高压气体逐渐不受地质构造、重力和构造地应力的控制和约束,反而起到主导作用。

  (3)第三阶段:降温、余震  气体喷出上升到高空,瞬间突然降温,数小时后降雨雪。或者,重新关闭的地层中的气体,充填可供开采的天然气田,或者与新生气体一道产生大量余震。

   溢出地表的天然气,可能与空气中的氧气发生化学反应,产生闪光、火球或燃烧。高速喷出的天然气可能带有大量电荷,在空气中放电,产生地光。有时,高速喷出的天然气也可能造成罕见的山崩地裂(“山崩”发生在山坡坚硬岩体,“地裂”发生在平缓软弱土体),以及高速远程滑坡、煤矿瓦斯突出爆炸等。特别是,极高压天然气在地下破坏岩体放热增温小,而气体绝热膨胀的吸热降温作用大,从而造成了地震瞬时极震区的普遍立即降温现象。

   岳中琦提出的极高压天然气地震成因理论,不仅能科学合理地解释人们所观察到的各种地震现象,而且能合理地、协调一致地将这些地震现象联系在一起。传统的板块理论以及传统的断裂弹性回跳理论等,可以作为地壳深部极高压甲烷天然气的体积膨胀能导致地震理论的一个边界条件或初始条件。因而是可以共存、统一的,而非是不相容的。

   (五)日本关东311大地震的演绎证明

    2011年3月11日下午1时46分,日本本州东北宫城县东部海面发生9级大地震。岳中琦根据他建立的地下深部极高压天然气地震成因理论和机理,立即深入地调查和研究了这次大地震,并收集到极高压天然气成因的证据。

·       东日本大地震后,富士山等13座活火山活动加剧;

·       东日本大地震震前和震后,新燃岳火山大量气体喷发和燃烧;

·       日本大地震后,温泉旅馆的防洩天然气爆炸;

·       按照板块俯冲带造成地震假说,日本东海岸陆地应该被地震逆冲隆升。观测到的事实相反,日本东海岸陆地在地震后下沉了。按照“极高压天然气地震成因理论”的解释,大量高压气体从断裂带深部快速逃出、上升膨胀、顶起抬起上覆地层;同时,深部地层气体减少、对上覆地层的支撑力降低。从而,造成了以下两个自然现象:其一,断裂两侧大地瞬态弹性抬升逆冲;其二,之后,在重力作用下,两侧大地的永久沉降合并;

·       东日本大地震为何防不胜防?尽管日本有密集的地震仪器、“透彻的”地震研究以及优良的防震措施,然而,2011年3月11日9级大地震,仍以突然袭击的方式重创了这个国家。这种与板块理论不一致的突发现象,只有“极高压天然气地震成因理论”能够做出合理解释,只有极高压天然气体在地底深部静悄悄积聚,才能产生这种现象。

·       日本大地震的主震时宏观震中区空气普遍立即降温;

·       日本大地震的主震时宏观震中区一小时内降雪,大雪下降了几天;

·       日本大地震的海啸及其后段波比前段更大;

·       日本大地震的地震波的三个阶段,如同高压天然气体在地下飞速运移的三个阶段(形成地声,冲出地层,降温、余震);

·       日本大地震后,米泽市断续地鸣声响,甚至地底爆炸声音;

·       日本大地震的余震深度分布,从岛陆地到大洋是越来越深;

·       美国地质调查局的地震学家指出,“一次这样规模的地震需要一条又长又直的断层,断裂的长度至少需要300英里(四百多公里长)。但是,日本地震所发生的地方,并不存在又长又直的断层,相反,断层的走向是很不规则的。”

据此岳中琦认为,产生日本大地震的能量是地壳深处高压天然气的体积膨胀能,日本岛弧的固体地壳内部和深部存在巨大被高压气体充满的空间,正是日本地下太多的甲烷天然气和太少的浅层岩层储存空间,造成了日本多震、多火山、多海啸和多滑坡灾害。

   (六)重新认识人类的能源问题

   岳中琦明确指出:

   “人类从浅地层开采的甲烷天然气不是地表沉积岩中动植物遗体有机形成的,而是地球内部深层(地幔和地核)物质无机形成的。在地幔、地核界面气体圈层储存的极高压甲烷天然气,通过地震、火山等方式,不断地运移到近地表浅层地层中储存或排放到空气中。从而形成了油气田、煤田(我们见到的煤层中的古代植物遗存,一般都是以硅质或钙质矿物和岩石存在的,而不是碳质或煤炭本身),以及地面上的大气圈和地表水圈。

   我们可以自豪地认为,当人类对地球的认识全面和完整时,我们人类多年来对能源危机、以及随之而来的战争危机的恐惧也就随之消失了。同时,人类将会建立更加科学合理、有效和准确的方法和技术,来预测和防治地震、火山、海啸等自然灾害。”

   (七) 点评

综上所述,岳中琦从事地震研究,提出极高压天然气地震成因理论,有一个显著特点,这就是调查研究力求系统、周密,在全面观察分析的基础上,逐步深入,抓住要害。也就是说,在系统周密的调查研究的基础上得出的主要矛盾,应能解释所有的、包括所谓次要的、往往被忽略的复杂的地震现象。岳中琦的这一特点,与钱学森所概括的:“实际上,毛泽东思想的核心部分就是从整体上来认识问题,把握住它的要害。这是指导我们最宝贵的财富,正是我们研究复杂性问题所必需的。”[3]不谋而合;这也正是对中国传统思维方式“整体观察,悟性体认”的继承、丰富和发展。毛泽东思想对于当代中国人认识和处理复杂性问题,包括科学技术难题,特别是地震预测、预报难题,的确是一个非常重要的指导思想。岳中琦先生对笔者说:我对毛泽东思想非常敬仰。由此可见,岳中琦进行如此复杂的地震研究,为什么会有如此坚强的精神,并掌握如此锐利的思想武器。

参考文献  

[1] 岳中琦,地壳深部断裂带极高压天然气的地震成因机理,在2010年11月23-25日在北京第388次香山科学会议上宣讲,2011年4月21日在香港大学成文。

[2] 岳中琦,为了人类和谐发展,重新认识母亲地球,《科技创新智库与国际合作》,主编:师昌绪,2012年9月,中国国际科技促进会,中国科学技术出版社,北京。86-87

[3] 钱学森,《创建系统学》,山西科学技术出版社,2001年版,第184页。




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