超临界流体：孕育诱发地震的毒液—流体与地震系列谈

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     超临界流体：孕育诱发地震的毒液—流体与地震系列谈

                郑州地象科技有限公司 寇伟 13903832188

    超临界流体是指常温常压下为气态或液态的物质、在温度和压力分别高于其临界温度和临界压力时，处于一种似液非液、似气非气的状态，这种状态的流体被称为超临界流体。已知水的临界参数分别为温度374oC、压力22.1MPa。

    超临界流体有很多特殊的性质：

    （1）随着压力的升高，水的密度可以从类似蒸汽密度的数值连续地变到类似液体的密度值，温度和压力的微小改变可以导致密度和溶解能力几个数量级的差异。

    （2）水的比热容是温度和压力的函数，表示单位质量物体改变单位温度时的吸收或释放的内能。临界点上水的热容几乎达到无穷大，即是说当超临界水逸出到一个温度较低的溶质空间时，降低单位温度所释放出的热量远远超乎平常。

    （3）超临界水有强烈的氧化作用。氧化作用是在生物体内或生物体外将物质分解并释放出能量的一种过程，超临界水具有将所接触到的岩石腐蚀分解的强大作用。

    （4）超临界水是一种特殊的溶剂。超临界水对溶液中的反应速率可产生影响，加快对所接触岩石的溶解速度。

    （5）超临界水的极性、电导率、介电常数、粘度、离子积等也都随密度而变化，一些通常难以发生的反应在其中却能顺利进行。

    （6）在400℃的超临界温度下几乎所有的氢键都裂解了，水被切割成富含小分子团的离子水，具有很好的渗透力、溶解力和乳化力，超临界流体的扩散系数是液体的几十至几百倍，因而具有较好的传质性能。

    从上地幔软流层到下地壳内的所有流体都属于超临界流体。从幔汁上侵进入岩石圈，不断侵蚀熔融围岩、沿封闭较为薄弱的断裂构造上行，在断裂带裂缝较宽、堆积物沉积层不够坚硬的位置容易突破，有可能抵达上地壳内；而在断裂带较窄、岩石封闭较严的位置，会受阻停滞在下地壳内。

    从地球深部逸出上侵到上地壳的超临界流体，必定会对地质构造、岩石演化、油气生成与运移等产生重大的影响。从好处讲，超临界水有利于油气的运移和聚集成藏，有利于从矿源中萃取金属和非金属成矿元素并富集成矿，亦可为人类带来巨量的可直接利用的地热能源。从坏处看，进入到上地壳的超临界流体就像是毒液一样，凭借着自身的超能特质不断侵蚀与其接触的岩石、破坏原有的地层结构，成为孕育诱发地震的主要诱因。

    就超临界流体的临界条件来看，若是不考虑温度的影响，深度在2210米时压力即可达到22.1MPa的临界值，所以不用考虑压力、只需看温度条件是否达到临界值。一般在没有地热异常、且非温度极寒地区的增温梯度值约为2.5oC/百米，深度大约要到14.6km时温度可达374oC的临界值成为超临界流体；通常有温泉出露或浅井温度达到30oC以上的断裂带上，增温梯度值约在5oC/百米，深度大约到7.4km时温度即可达到374oC的临界值成为超临界流体；个别地热异常明显、温泉出露或浅井温度达到60oC以上的断裂带上，增温梯度值约在10oC/百米左右，深度大约不到4km、温度即可达到374oC的临界值成为超临界流体。

    中国大陆地区广泛分布的浅源地震，其深度一般在0—30km的地壳范围，而大于6级以上的强震、90%以上均发生在10—25km这一深度范围，且基本上都是发生在没有地热异常的地方。这是因为在上地壳较深处的岩层致密、裂隙少而细小，氢键裂解后成为离子态的超临界流体具有超强扩散力，会通过细小裂隙向上层渗透；并在渗透过程中对围岩进行溶解和腐蚀，逐渐扩大裂隙、增大渗透量。这一过程虽然漫长，但却是孕育大震的祸根。但大地震原地复发周期很长，尤其是随着余震的发生，深部流体的不断释放，地壳渐趋稳定，并维持一段较长时间。

    1970—2000年国家地震台网统计资料显示，在一级以上并测定出震中的42832次地震中，震源深度在5km以内的地震约占48%，5—10km范围内的地震约占27%。说明在地热没有出现异常的地区，即使是存在较大的断裂带，由于超临界流体整体埋深都在10km以下，其能量在长距离上侵过程中逐渐耗散，一般进入到10km以内后温度都低于临界值、演变成仅具有一般能量的高温地热水了，其对于断裂构造内岩体的腐蚀力和破坏性不是很强，导致构造变动的规模较小，造成地表地震灾害的等级就小。而在存在地热异常的断裂带上，虽然超临界流体所在深度可能在10km以上，但其所在的断裂构造裂隙发育较好、与深层有一定的连通，使得深部超临界流体的能量在高温高压作用下以气态向上渗透，释放能量对上层构造内的流体加热，适当疏解了聚集能量的强度，即使发生地震、其强度也不会很高。

    通过以上的分析给我们一个关键性的启示：既然超临界流体是孕育诱发地震的毒液，我们就应该想方设法地针对它进行诊治，大致找出其所在位置，监测其动向和进展，采取措施疏解、减缓地震的发生。

   

                                 2022年11月6日