第五章 新發(fā)現(xiàn)的地震前電磁異常現(xiàn)象物理機(jī)制

                          臨沂大學(xué)---陳維會(huì)

在1976年我國成功預(yù)報(bào)海城地震后,，全國涌現(xiàn)出許多專業(yè)和業(yè)余的土地電,、土地磁的測(cè)量站點(diǎn)。但對(duì)地震與地電磁的關(guān)聯(lián)機(jī)制缺乏研究,，無法用理論指導(dǎo)土地電,、土地磁的檢測(cè)和鑒別，單靠個(gè)別人的經(jīng)驗(yàn)是無法正確區(qū)別干擾因素,，致使預(yù)報(bào)正確率極低,，沒有參考價(jià)值。再加上同一次地震,，有的地電檢測(cè)臺(tái)檢測(cè)到異常電磁信號(hào),，有的地電檢測(cè)臺(tái)檢測(cè)不到任何異常?；蚰车仉姍z測(cè)臺(tái)在某次地震前能檢測(cè)到異常電磁信號(hào),，而在另一次地震前毫無異常電磁信號(hào)出現(xiàn)。由于沒有可信的理論解釋這些現(xiàn)象,，因此許多人或某些組織不認(rèn)為地震前的電磁異常信息與地震關(guān)聯(lián),。所以80年代初期, 我國的“土地電”隨同“三土”( 土地電、土地磁,、土應(yīng)力) 一并被廢除,。

與此同時(shí)，希臘又以地電場(chǎng)異常為地震前兆的VNA地震預(yù)報(bào)方法,，預(yù)測(cè)了希臘的多次大地震,，引起了世界地震學(xué)者的關(guān)注,。于是我國又向希臘學(xué)習(xí),，在國內(nèi)建起了100余個(gè)地電場(chǎng)檢測(cè)點(diǎn),，成功研制了數(shù)字化地電場(chǎng)儀,，幾十年間積累了大量的資料,。

近幾年隨著檢測(cè)手段的擴(kuò)展,，檢測(cè)儀器性能的提高,，由儀器記錄下大量地震前的電磁異常信息,?？茖W(xué)家經(jīng)過大量震例觀察研究發(fā)現(xiàn)：震前普遍存在各不相同的電磁異?，F(xiàn)象，在排除可能的干擾因素外,，震前電磁異?，F(xiàn)象與地震的相關(guān)性得到不少科學(xué)家的認(rèn)可,。但是無論是中國或希臘都無法依靠地電磁異常來準(zhǔn)確預(yù)報(bào)地震。原因是目前人們還不了解地震與地電磁異常的真實(shí)物理機(jī)理,。

既然地震前的一些電磁現(xiàn)象與地震有關(guān),，那么震前必定會(huì)存在某種能量轉(zhuǎn)換成電磁能量的物理機(jī)制。為此科學(xué)家們提出了許多假設(shè),，如動(dòng)電效應(yīng)（過濾電勢(shì)）,、壓電效應(yīng)、壓磁效應(yīng),、震電效應(yīng),、摩擦作用、過氧鍵斷裂及巖石破裂的電磁輻射,，巖石破裂時(shí)裂紋尖端電磁輻射,放射性物質(zhì)電離等等,。雖然這些學(xué)說都得到一定的實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，但都無法正確解釋地震前出現(xiàn)的各種電磁現(xiàn)象,。前面也都從理論到實(shí)際檢測(cè)數(shù)據(jù)充分證明：地震前的異常電磁現(xiàn)象與上述機(jī)制無關(guān),。

實(shí)際檢測(cè)數(shù)據(jù)證實(shí)震前出現(xiàn)的各種電磁異常現(xiàn)象確實(shí)與地震關(guān)聯(lián),，那么必定存在一種還不為人知的物理機(jī)制,。

本人依基本物理理論作指導(dǎo)，依據(jù)大量檢測(cè)數(shù)據(jù),，開拓思維,，經(jīng)過幾十年的研究，一步步揭示了地震前產(chǎn)生電磁異?，F(xiàn)象的復(fù)雜物理機(jī)制,。這種物理機(jī)制的每一個(gè)環(huán)節(jié)都合乎基本物理理論，有實(shí)驗(yàn)室的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,，有實(shí)際檢測(cè)數(shù)據(jù)證實(shí),。用這物理機(jī)制可解釋所有的震前電磁異常現(xiàn)象,，由這物理機(jī)制推演的地震前異常地電場(chǎng)特征，也都與實(shí)際檢測(cè)事實(shí)相符,。這就證實(shí)這種物理機(jī)制是正確的,。

（一）地震前異常電磁信號(hào)特征

要想探尋震前地電磁異常的物理機(jī)制，必須先從了解這些電磁異常信號(hào)的共同特征著手,，按照基本物理規(guī)律順藤摸瓜,，一步步尋找根源。

自原蘇聯(lián)切爾納夫斯基發(fā)現(xiàn)地震前近地大氣電場(chǎng)的波動(dòng)后,，許多科學(xué)家進(jìn)行了深入研究,。中國地震局地球物理研究所的郝建國,、唐天明、李德瑞等學(xué)者,，研究分析了華北幾十次地震前后眾多臺(tái)站的大氣電場(chǎng)數(shù)據(jù)后發(fā)現(xiàn)：地震前近地大氣電場(chǎng)出現(xiàn)了大幅度的負(fù)異常^[1],。李一丁，張亮等人分析了汶川地震前,，溫江,、郫縣大氣電場(chǎng)檢測(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)^[2]及許多中外學(xué)者^[3]的研究也發(fā)現(xiàn)了相同的現(xiàn)象。

平常近地大氣中帶正電荷,，地球帶負(fù)電,，大氣電場(chǎng)垂直向下，并規(guī)定垂直向下的大氣電場(chǎng)為正,。地震前,，出現(xiàn)了大幅度垂直向上的電場(chǎng)（負(fù)異常）這是不爭(zhēng)的事實(shí)。出現(xiàn)這種現(xiàn)象的因素有三種,，1,、太空及電離層干擾；2,、近地空間電荷異常變化,；3、地表電荷異常變化,。由衛(wèi)星檢測(cè)儀器的檢測(cè)可排除太空氣象干擾,，因近地大氣是近乎絕緣的，在靜穩(wěn)天氣環(huán)境里近地大氣中絕不會(huì)突然出現(xiàn)大量電荷,；原因只有一個(gè),，那就是地面出現(xiàn)了大量電荷，因大地是導(dǎo)電的,，所以這種可能性是存在的,。由實(shí)際檢測(cè)到的近地大氣電場(chǎng)負(fù)異常這一現(xiàn)象，根據(jù)靜電理論,，地震區(qū)域出現(xiàn)的必定是單一極性的正電荷,。由此得到一個(gè)地震電磁異常特征是：

特征1  地震區(qū)域的地面出現(xiàn)了單一極性的正電荷。

靜電理論規(guī)定,；在正電荷電場(chǎng)中,，電場(chǎng)矢量方向由正電荷指向無窮遠(yuǎn)處，那么其電場(chǎng)中任意一點(diǎn)的電場(chǎng)矢量的反方向必定指向正電荷,。見下圖1

圖1

中國地震局地球物理研究所毛桐恩及中國地震局分析預(yù)報(bào)中心席繼樓,、王燕瓊等學(xué)者對(duì)河北省張北縣M6.2級(jí)震前地電場(chǎng)的研究發(fā)現(xiàn)，大地電場(chǎng)矢量方位的反方向指向地震區(qū)域^[4--5],。

這絕不是巧合,。上海地震局馬欽忠學(xué)者對(duì)汶川地震前成都臺(tái)地電場(chǎng)數(shù)據(jù)分析^[6]得出,，震前地電場(chǎng)極化特征為線性。

馬欽忠,、唐宇雄,、張永仙等學(xué)者對(duì)西藏四次地震檢測(cè)數(shù)據(jù)的分析也得出同樣結(jié)論。

馬欽忠,、李偉,、張繼紅等學(xué)者在青島660千伏直流輸電換流站接地極向地下注入2100~3004 A大電流期間，分析了大山,、安丘,、 新沂、凌陽等地電臺(tái)的地電場(chǎng)矢量方向,，結(jié)果顯示,，檢測(cè)到的地電場(chǎng)矢量延長(zhǎng)線均基本通過換流站接地點(diǎn)。見下圖,。這些事實(shí)佐證了上面的結(jié)論,。

圖 2安丘臺(tái)、大山臺(tái),、新沂臺(tái)地電場(chǎng)信號(hào)方向數(shù)定位示意圖

震前對(duì)近地大氣電場(chǎng)的檢測(cè)數(shù)據(jù)看出,，大氣電場(chǎng)的負(fù)異常幅度大于幾百V/m，甚至高達(dá)1000V/m,。由此得出第二個(gè)地震前異常電磁信號(hào)特征,。

特征2 地震區(qū)域地面正電荷產(chǎn)生的電勢(shì)很高。

由云玉新等學(xué)者對(duì)膠東換流站的測(cè)試參數(shù)得知：換流站接地電阻R=0.06Ω,。若換流站向地下注入3000 A電流,，那么換流站的地面電勢(shì)為180V。馬欽忠,、李偉,、張繼紅、郭玉貴,、方國慶學(xué)者,，利用此換流站接地極向大地注入大電流期間，在距換流站450 km 范圍內(nèi)的安丘,、陵陽,、郯城、新沂,、乳山、大山,、皺城,、菏澤,、興濟(jì)、徐莊子,、昌黎,、靜海等地電場(chǎng)臺(tái)站，記錄到的地電場(chǎng)信號(hào)強(qiáng)度(圖),，與席繼樓,、陳敏、董蕾等學(xué)者對(duì)2019年6月17日長(zhǎng)寧6.0級(jí)地震前距震中390ｋｍ的仙女山臺(tái)記錄數(shù)據(jù)分析資料（圖）做比較,，可得知：長(zhǎng)寧地震中心區(qū)域的電勢(shì)需高達(dá)幾百伏,，才能在仙女山臺(tái)得到如此幅值的信號(hào)。

圖3 安丘,、陵陽,、郯城、新沂,、乳山及大山臺(tái)地電場(chǎng)信號(hào)圖

圖 4長(zhǎng)寧ms６.0級(jí)地震前后仙女山臺(tái)地電場(chǎng)異常變化信息統(tǒng)計(jì)

地震前地面電勢(shì)能引起幾千米高空電離層參數(shù)的波動(dòng),，這也說明地震區(qū)域的地面電勢(shì)是很高的。

由眾多學(xué)者對(duì)幾百次強(qiáng)震的各地電臺(tái)記錄數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表明：各種電磁異?，F(xiàn)象大都發(fā)生在震前幾小時(shí)至幾天時(shí)間內(nèi),，而地震發(fā)生時(shí)刻卻沒有地電磁異常信號(hào)。

圖5　2008年5月10--12日隴南漢王臺(tái)地電場(chǎng)儀器記錄的大地電場(chǎng)分鐘值曲線

所以：

特征3 地電場(chǎng)的異常在震前幾小時(shí)至幾天時(shí)間內(nèi)

科學(xué)是一個(gè)在發(fā)現(xiàn)問題和探索解決問題的過程中,，無限趨近于真理的漸進(jìn)過程,。是什么因素使地震前地面聚集了如此多的正電荷？如果了解了這其中的物理機(jī)制,，對(duì)破解地震預(yù)測(cè)難題有著積極的意義,。對(duì)今后的檢測(cè)儀器設(shè)計(jì)，數(shù)據(jù)處理方法會(huì)提供理論支撐,，

下文開創(chuàng)性的論述了地震前各種電磁現(xiàn)象的全新物理機(jī)制,。此理念不僅闡明了以上觀察結(jié)論的基本物理原理，重要的是用此理念能合理解釋目前發(fā)現(xiàn)的全部震前電磁異?，F(xiàn)象,。

自然界中各種物質(zhì)中含有的正負(fù)電荷的電量，是基本相等的,，對(duì)外不顯電性,。到目前為止人們還沒有辦法制造出單一極性的電荷。借助某種外力可把物質(zhì)中的正負(fù)電荷分開,，如摩擦起電等,。如果分開的正負(fù)電荷間距離相對(duì)于觀察者而言足夠遠(yuǎn)，例如幾十千米，此時(shí)可得到特征1的地電場(chǎng)特性,。

目前對(duì)地電場(chǎng)異常機(jī)制的假設(shè),，如動(dòng)電效應(yīng)（過濾電勢(shì)）、壓電效應(yīng),、壓磁效應(yīng),、震電效應(yīng)、摩擦作用,、過氧鍵斷裂及巖石破裂的電磁輻射,，巖石破裂時(shí)裂紋尖端電磁輻射,放射性物質(zhì)電離等等都不能把地層的正負(fù)電荷分離如此遠(yuǎn)的距離。所以以上機(jī)理都不是地震前地電場(chǎng)異常的原因,。如果地下存在著一個(gè)電容器,，電容器兩極板間距達(dá)幾十千米遠(yuǎn)，在電容器放電時(shí),，即可得到特征1的地電場(chǎng)特性,。那么地下存在這樣一個(gè)電容器嗎，電容器是如何充電和放電呢,，其放電與地震又有怎樣的聯(lián)系,？下面先從地質(zhì)結(jié)構(gòu)來論證這一系列的問題。

（二）地電容

1 地球的圈層結(jié)構(gòu)

因?yàn)槿氲乇氐翘爝€要難,，目前人們只鉆探到地下12千米深處,，要了解更深的地下深處，必須借助一種能深入地下的“工具”,，這就是地震波,。下面先介紹下機(jī)械波的特性。

1.1    地震波在地層中的傳播規(guī)律,。

波可分為電磁波和機(jī)械波,，電磁波可在真空中傳播。而機(jī)械波必須依靠某種介質(zhì)才能傳播,。地震波是由地震震源發(fā)出的在地球介質(zhì)中傳播的彈性波,，是機(jī)械波。我們常用波長(zhǎng),、波速,、頻率等來描述波的某些特性。在介質(zhì)中傳播的機(jī)械波,，如果介質(zhì)中質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向與波傳播方向相同的一類波叫縱波,，用P表示，也叫P波,。

圖6

介質(zhì)中質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向與波傳播方向垂直的一類波叫橫波,，用S表示，也叫s波。

圖7

縱波或橫波是在介質(zhì)內(nèi)部傳播的,，又把縱波與橫波叫做體波,。當(dāng)體波到達(dá)介質(zhì)表面時(shí),，在介質(zhì)界面會(huì)激發(fā)形成面波,。根據(jù)面波特性，把一種介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡是垂直于波的傳播方向,，并平行于介質(zhì)面做橢圓運(yùn)動(dòng)的振動(dòng)波,。叫勒夫(Love)波，又叫L波,。把一種介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡是垂直于介質(zhì)表面并平行于傳播方向的橢圓移動(dòng),，并且橢圓的長(zhǎng)軸垂直于介質(zhì)界面的震動(dòng)波方叫瑞利（Rayleigh wave）波，又叫R波,。另外還有水力波,、斯通利爾波等。面波只能沿界面?zhèn)鞑ァ?/span>

描述地震波的一個(gè)重要參數(shù)是波速V,。由廣義胡克定律,，及波動(dòng)方程等可推導(dǎo)出機(jī)械波在介質(zhì)中的傳播速度：

=（K +μ）/ρ --------------------（1） 

 =  -----------------------------------（2）  

式中V _P縱波在介質(zhì)中的傳播速度 ； V s是橫波在介質(zhì)中的傳播速度,；K 是介質(zhì)的容積彈性橫量, 表示介質(zhì)的不可壓縮性,； μ是剛性系數(shù), 表示介質(zhì)的剛性；ρ是介質(zhì)密度,。

對(duì)比上兩式看出：縱波的波速大于橫波波速（V_p>V_s）,。縱波與橫波的波速,，均隨介質(zhì)的密度增加而增大減小,，隨剛性系數(shù)增大而增大。

由（2）式可知：彈性模量μ隨著介質(zhì)剛性降低,，塑性的增加而減小,，機(jī)械波在其介質(zhì)中傳播的速度也隨之減小。當(dāng)介質(zhì)是流體（如水,、空氣等）時(shí), 其彈性模量μ為零, 因此流體介質(zhì)不能傳播橫波,。

地震波是一種機(jī)械波，也遵從斯奈爾（Snell）定律（又稱折射定律）,，當(dāng)?shù)卣鸩◤囊环N地層介質(zhì)傳入另一地層介質(zhì)時(shí)會(huì)有：

sinθ/V1=sinα/V2=P------------------------（3）

V1,、V2是地震波在地層介質(zhì)1和介質(zhì)2的傳播速度；P為透射率,。

圖8

設(shè)介質(zhì)1的波阻抗ρ1V1與介質(zhì)2的波阻抗ρ2V2不相等時(shí),，即ρ1V1≠ρ2V2，地震波就會(huì)發(fā)生反射。

因?yàn)榈厍騼?nèi)部的壓力隨深度增加,，雖巖石的密度隨深度也增大,，但巖石中的空隙隨壓力增加而減小，這使巖石的體積模量和剛性系數(shù)隨深度的增加比巖石密度增加的更快,，由式（1）式（2）得知地震波的波速隨深度的增加而增加,。

由斯奈爾定律（3）式可知，地震波由淺層向深處傳播時(shí)透射角大于入射角,。這樣,，在我們的地球內(nèi)部P和S地震波速一般是隨深度增加而增加的，地震波在地層中傳播的路徑是一條曲線,。費(fèi)爾馬研究證實(shí)：“光在介質(zhì)中傳播的路徑為走時(shí)最小的路徑”,。見下圖：

圖9

在震源處地震發(fā)生的時(shí)刻, 叫做“發(fā)震時(shí)刻”； 地震波傳播到觀測(cè)點(diǎn)的時(shí)刻叫“到時(shí)”,；某一地震波從震源出發(fā)到達(dá)觀測(cè)點(diǎn)所需要的時(shí)間, 叫做“走時(shí)”,；奧爾德姆將P 波和S 波等波的走時(shí)與震中距繪成圖叫做“走時(shí)圖”；19 4 0年杰弗瑞斯一布倫又把走時(shí)和震中距的關(guān)系繪成曲線, 叫做“走時(shí)曲線”,。

地震波的傳播除體波外, 對(duì)于成層的地球結(jié)構(gòu)來說, 面波也是重要的, 地面所觀測(cè)的面波速度不是常數(shù), 而是隨著波的頻率改變, 這種現(xiàn)象叫做頻散, 速度與頻率的變化關(guān)系叫做頻散曲線, 頻散曲線的形狀和地層的厚度和物理性質(zhì)有關(guān)系; 地球自由振動(dòng)的基波和諧波特征決定于地球內(nèi)部彈性與密度的分布

地震波體波的震相,、到時(shí)、走時(shí),、速度及其傳播路徑, 是探索和了解地球內(nèi)部結(jié)構(gòu)的基本根據(jù)和重要方式,。

從地震波的觀側(cè)與研究中, 獲得地球內(nèi)部結(jié)構(gòu)的信息是最直接和高精度的; 為了探索地球內(nèi)部結(jié)構(gòu), 除了地震波之外,還可以根據(jù)重力、地磁,、熱流量等的觀測(cè)

但當(dāng)巖石熔融時(shí),，其剪切模量下降至零，因此橫波不能通過這樣的地層,。

圖10 

上圖10是2009年1月4日印度尼西亞東部7.6級(jí)地震時(shí)在美國一個(gè)名為“CMB”地震臺(tái)的地震波形圖,。大約在（世界標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間）19時(shí)57分，P波初至（P1）,，在20:02分又有反射的P波到（P2）,。20:12分直達(dá)S波到達(dá)（S1），20:17分反射的S波到達(dá)（S2）,。在20:31分面波（L波）到達(dá),。

2011年底，在西太平洋地區(qū)發(fā)生了一次地震,，美國東灣山地震臺(tái)三分量地震儀,，記錄了這次地震的地震波形。下圖是垂直分量地震波形圖：

圖11  

紅圈內(nèi)放大的地震波形圖如下,，圖中有四個(gè)突出的峰值,。它們中的每一個(gè)點(diǎn)都代表不同類型的地震波的到來,。

圖12   

第一個(gè)峰值是從地震震源直接到達(dá)加利福尼亞州東灣山地震臺(tái)的縱波波形，標(biāo)注為P,。

圖13   

第二個(gè)峰值是直達(dá)縱波到達(dá)后的83秒,。這一峰值波是從地震的震源發(fā)出的縱波，到震源正上方的地球表面,，在那里它被反射,，然后沿著原來的P波到達(dá)東灣山地震臺(tái)。這種類型的波被稱為“小p - 大p”（pP）,。圖3中的草圖顯示了它的理想化路徑,。

圖14   

第三個(gè)峰值是由震源發(fā)出的S波，傳導(dǎo)到震源正上方的地球表面,，在那里經(jīng)過反射，被轉(zhuǎn)換成了一個(gè)P波,，跟隨其他兩個(gè)“先行者”到達(dá)接收點(diǎn),，由于經(jīng)歷從S到P的轉(zhuǎn)換，這個(gè)波被標(biāo)記為“小S- 大P”（sP）,。因S波傳播速度慢經(jīng)歷時(shí)間較第二峰值長(zhǎng),。

圖15   

第四個(gè)峰值是震源的縱波在震源和接收點(diǎn)一半距離的地球表面反射，最后到達(dá)接收點(diǎn),，這個(gè)波被稱為PP,。由于穿越的路徑最長(zhǎng)，用時(shí)比直達(dá)波P波長(zhǎng)100多秒,。

圖16   

因此人們通過研究地震波的各個(gè)參量便可了解地球內(nèi)部的結(jié)構(gòu),。

1.2地球巖石形態(tài)的圈層結(jié)構(gòu)

20世紀(jì)以前，人們認(rèn)為地球是一個(gè)內(nèi)部比較均勻的大圓球,。1909年10月,，巴爾干地區(qū)連續(xù)發(fā)生地震，克羅地亞地球物理學(xué)家安德烈·莫霍洛維奇在研究近30個(gè)地震臺(tái)站的地震波記錄資料時(shí)發(fā)現(xiàn)：在距震中17 5公里觀察點(diǎn)的走時(shí)曲線發(fā)生彎曲,，在大陸之下平均為33km深處,，縱波的速度從7.0km/s左右突然增加到8.1km/s左右；橫波的速度也從4.2km/s突然增至4.4km/s,。因此他推斷地球內(nèi)部結(jié)構(gòu)是分層的,，上面是地球的地殼，地殼的底面被命名為莫霍洛維奇間斷面,。  

康拉德在1 9 2 5年研究奧地利19 2 3年發(fā)生的地震時(shí)發(fā)現(xiàn),走時(shí)曲線分為三個(gè)直線部分,，地殼內(nèi)有波速不連續(xù)的分界面，把地殼分成二層,。進(jìn)一步研究得知地殼上層為花崗巖下層為玄武巖,，后把這界面稱為康拉德不連續(xù)面,。此后科學(xué)家又陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了地球的許多不同的分界面。

1971年國際大地測(cè)量地球物理協(xié)會(huì)(IAG) 下屬的國際地震學(xué)與地球內(nèi)部物理學(xué)協(xié)會(huì)( IASPE )成立了“標(biāo)準(zhǔn)地球模型委員會(huì)”,，經(jīng)幾年工作,，于1980年1月由基旺斯基和安德森提出了一個(gè)新的地球模型， 簡(jiǎn)稱P R E M ,。這是人們對(duì)地球內(nèi)部結(jié)構(gòu)分層認(rèn)識(shí)的最新成果,。下圖給出基旺斯基地球模型內(nèi)部結(jié)構(gòu)。

圖17   

（1）地殼 

地殼是莫霍界面以上到地球表面的一層,。主要由巖石和海洋組成,，大陸下的地殼平均厚度約35公里，海洋下的地殼厚度僅約5～10公里,；整個(gè)地殼的平均厚度約17公里,，這與地球平均半徑6371公里相比，僅是薄薄的一層,。

地殼上層主要由花崗巖層（巖漿巖）,，下層為玄武巖層（巖漿巖）組成。理論上認(rèn)為每深入100米溫度升高1℃,。近年的鉆探結(jié)果表明,，在深達(dá)3km以上時(shí)，每深入100米溫度升高2.5℃,，到11公里深處溫度已達(dá)200℃,。

1914年，美國學(xué)者古登堡發(fā)現(xiàn)地下2885千米處存在地震波速的間斷面,，縱波存在一次由13.6千米/秒突然降低為7.98km/s的截面,，該不連續(xù)面稱為古登堡面。古登堡面以上到莫霍面之間的地球部分稱為地幔,。地幔又分為上地幔和下地幔,，上下地幔均為固體巖石構(gòu)成。

（2）上地幔

  在地面下33—980km深度處為上地幔,，厚度約950km,，溫度為400～3000℃⑧。古登堡研究發(fā)現(xiàn)：地幔接近頂部的位置,，有一個(gè)地震波速由8.1—8.5千米/秒降低至7.2—7.8千米/秒的地震波傳播速度減緩層,，稱為“古登堡低速層”。推測(cè)此層是由于放射元素大量集中,，蛻變放熱,，積累的熱量使巖石軟化并局部熔融造成的，故稱為“軟流層”,。軟流層深度在60-250km之間,，溫度在1300度左右,基本上呈全球性分布,。據(jù)推測(cè)，可能是巖漿的發(fā)源地,。實(shí)際測(cè)定得知,，地球各大陸板塊都在向不同的方向緩慢運(yùn)動(dòng)，如果沒有軟流層,，就不會(huì)出現(xiàn)這種現(xiàn)象,。火山熔巖流和大陸板塊的移動(dòng)事實(shí)證明軟流層確實(shí)存在,！

（3）下地幔

下地幔深度在980—2900km,，美國一些科學(xué)家用實(shí)驗(yàn)方法推算出地幔與核交界處的溫度為3500℃以上，上部是固態(tài),，下部是液態(tài)或熔融狀態(tài),。

（4）外核 

古登堡面以下到地心之間的地球部分稱為地核，地核分為外核和內(nèi)核,。外核深度約2900—4700km,，外核與內(nèi)核交界處溫度在5000℃以上橫波不能在外核中傳播，表明了外核的物質(zhì)在高溫和高壓環(huán)境下呈液態(tài)或熔融狀態(tài),。

（5）內(nèi)核 

內(nèi)陸核是一個(gè)半徑為1250公里的球心，物質(zhì)大概是固態(tài)的,，主要由鐵,、鎳等金屬元素構(gòu)成。地核的溫度和壓力都很高,，據(jù)美國科學(xué)家最新研究,，估計(jì)溫度可達(dá)6300℃。

1.2 地球?qū)щ娞匦缘娜咏Y(jié)構(gòu)

地球不僅存在著物質(zhì)形態(tài)的圈層結(jié)構(gòu),，還存在著電性的圈層結(jié)構(gòu),。目前人們最深鉆探深度不超過13km，地球內(nèi)部是遙不可及的區(qū)域,，無法直接進(jìn)行取樣檢測(cè),，但由于溫度壓力的升高，氧逸度改變,，放射性元素放射電離等因素,，使地球內(nèi)部電導(dǎo)率升高，由許多科學(xué)家用大地電磁探測(cè)法,，天然地震探測(cè)法等多種方法檢測(cè)表明,，地球存在著不同導(dǎo)電性能的圈層結(jié)構(gòu)，按照地球各物理層的電導(dǎo)率,，地球可分為如下幾層：

（1）地球表層導(dǎo)電層 

地球表層導(dǎo)電層也就是地球最外面的高導(dǎo)層,，這是我們能觸摸和直接測(cè)量一層,。主要是由含水的多裂隙沉積巖，風(fēng)化土壤,，及海洋組成,。土壤的電阻率在100Ω.m左右，海水小于0.1Ω.m,。是很好的導(dǎo)電層,。見圖17。

⑵  地殼高阻層

 地殼中除極少數(shù)靠電子導(dǎo)電的如石墨,，汞閃鋅礦等等礦物外,，主要是靠離子導(dǎo)電的巖石，巖石在干燥狀態(tài)時(shí)電阻率都極高,。地下巖石的導(dǎo)電性能主要決定于巖石含液態(tài)水的多少,，孔隙連通程度及溫度等。

地球表層的高導(dǎo)層再向下的基巖,，主要是密度相當(dāng)大的花崗巖和玄武巖構(gòu)成,，由于其內(nèi)部壓力和溫度的升高，巖石孔隙減小,，孔隙閉合,，巖層里的水是以結(jié)晶水，強(qiáng)結(jié)合水和氣態(tài)水的形式存在,。裂隙里雖有較多的自由水,，但裂隙很少，且均被電阻率很高的干燥巖石密封,，上下不貫通,，所以基巖地層電阻率很大，直流電阻率高達(dá)5×107Ω.m,。地殼下部到上地幔上部的高阻層厚達(dá)30千米,，對(duì)主要靠離子導(dǎo)電的基巖來說是很好的絕緣層。

地殼的高阻層也是大多數(shù)地震的震源區(qū),。

⑶地殼中間高導(dǎo)層 

科學(xué)家已探明在地下6--12km的地殼中存在一層全球性的高導(dǎo)層,，電阻率在0.02--1Ω.m。 

⑷上地幔高導(dǎo)層 

近幾年的實(shí)際鉆探得知在深達(dá)3000米以下時(shí),，每深入100米溫度升高近2.5℃,。由此推算在60千米以下溫度升高到1000℃以上，這正是地震波減慢的古登堡層,，證實(shí)這里的物質(zhì)形態(tài)發(fā)生了改變,。

上地幔的中上部可能由于放射元素大量集中，蛻變放熱,，熱量積累,，使這里的溫度有較大的異常升高,，巖石軟化并局部熔融造成 “軟流層”。實(shí)驗(yàn)室研究表明,，干燥巖石隨溫度的升高電阻率下降,。由于軟流層溫度高，再加上放射性元素的放射電離,，所以軟流層也成高導(dǎo)層⑩,。科學(xué)家根據(jù)世界各國所積累的電磁探測(cè)資料已證實(shí),，地殼以下的上地幔確實(shí)是高導(dǎo)層,，電導(dǎo)率在0.01S/m～1S/m左右。這比室溫下半導(dǎo)體硅的電導(dǎo)率高出許多[17],。

⑸ 下地幔高導(dǎo)層  隨著深度的增加,，溫度也緩慢升高，電導(dǎo)率也在增加,。下地幔的電導(dǎo)率大于1s/m,。

⑹內(nèi)外核高導(dǎo)層  據(jù)推測(cè)外核是液態(tài)的鐵鎳等金屬，內(nèi)核是固態(tài)的金屬鐵,，它們都是良好的導(dǎo)體,。由此可把上地幔中軟流層固相線到地心看成是一個(gè)中心導(dǎo)體球。           

2 地電容

儲(chǔ)存電荷的容器叫電容器,，簡(jiǎn)稱電容,。一般認(rèn)為：孤立導(dǎo)體與無窮遠(yuǎn)處即構(gòu)成電容。在電學(xué)中電容的定義是,；兩塊相互絕緣的導(dǎo)體之間即可形成一個(gè)電容; 

電容器儲(chǔ)存電荷量的多少叫電容量。電容量的定義是：電容器所帶電量Q與電容器兩極間的電壓U的比值：

即C=Q/U-----------------（1）,。

式中C是電容器的電容量,，Q是電容器儲(chǔ)存的電量，單位是庫倫（C）,，U是兩導(dǎo)體之間的電勢(shì)差,，單位是伏特（V）。一個(gè)電容器,，如果帶1庫的電量時(shí)兩級(jí)間的電勢(shì)差是1伏,，這個(gè)電容器的電容就是1法拉（F---法拉）。（1）式只是電容量的定義式,，決定電容量大小的是導(dǎo)體之間的形態(tài)和導(dǎo)體之間絕緣體的介電常數(shù),，表達(dá)式是：

C=εS/4πkd。

式中ε是絕緣介質(zhì)的介電常數(shù),，S是兩導(dǎo)體的相對(duì)面積,，K是靜電力常量,，d是兩導(dǎo)體之間的距離。C是電容器的電容量,。如果是平行板電容器,電容為

C=εS/d---------------（2）,。

2.1地電容

由于地殼表層是高導(dǎo)層，地殼下部到中心導(dǎo)體球之間的巖層是高阻層（忽略康拉德界面的低速高導(dǎo)層）,，中心導(dǎo)體球也是導(dǎo)體,，把地球表層的高導(dǎo)層作為上極板，地球表層以下的高阻巖石為電介質(zhì),，中心導(dǎo)體球作為下極板,，即可構(gòu)成一個(gè)天然的地電容器，這里叫它地電容,，見圖18,。上面所述地球的各導(dǎo)電層被科學(xué)家實(shí)際測(cè)量證實(shí)，那么也就證明地電容是客觀存在的,。

 圖18     天然的地電容

             Fig. 1 natural ground capacitance

這只是理論上論證地電容的存在,。我們常見的電容兩極板之間的距離都在幾毫米以下，上述的地電容兩導(dǎo)體之間有幾百千米的距離,，能形成電容嗎,，有事實(shí)依據(jù)嗎？有一種測(cè)量云層雷電的振動(dòng)電容式雷電監(jiān)測(cè)儀器,，原理是,，探頭是一塊金屬板，金屬板產(chǎn)生振動(dòng)時(shí),，云層與金屬板之間的距離d就會(huì)產(chǎn)生微小的變化,，由公式C=εS/d可知，云層與金屬板之間的電容量也會(huì)產(chǎn)生變化,，由此可測(cè)出云層的電勢(shì),。北京億艾迪科技有限公司銷售的EST001雷電預(yù)警系統(tǒng)，就是采用的上所述原理制造的,，該儀器能探測(cè)20Km外云層的雷電情況,。由此可證實(shí)，無論兩導(dǎo)體之間的距離怎樣遠(yuǎn),，都會(huì)形成電容器,，距離只是影響電容量的大小。所以地電容確實(shí)是存在的,。

   作為地電容電介質(zhì)的地殼下層玄武巖,，是全球普遍分布的，所以沒有電流的短路通道。其厚度雖然遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于我們常見的人造電容器介電質(zhì)的厚度,，但與地球表面積相比只是薄薄的一層,。又因電荷的作用力是遠(yuǎn)程里力，地電容上下極板上的電荷還是有相互作用力存在,，所以地電容是一個(gè)典型的電容器,。

2.2  地電容的電容量估算

上面證明地電容確實(shí)存在，那么地電容的容量有多大呢,？因作為地電容電介質(zhì)的巖石地層厚度各地均不相同,，這里只能大體的估算。巖石的介電系數(shù)在8—15之間,，取12,。以海水作為上極板，海洋平均深度是3.6822km,。中心導(dǎo)體球距地面約40km,。那么地電容高阻介電層厚度就是36km。

地球表面積5.10067866×10¹⁴平方米,。

真空介電系數(shù)ε0=8.854187817×10^-12F/m（近似值）,。

地電容的電容量是：

C=εr*ε0*S/d=8.86×10^-12 ×12×5.1×10¹⁴/3.6×10⁴≈1.45F（法拉）。

由于地殼介質(zhì)層不是均勻的,，以上數(shù)值只是估算值,。

3 地電容的充電   

3.1  中心導(dǎo)體球內(nèi)部的溫差電勢(shì)     

從地球表面到地心，溫度是不斷升高的,。這里我們只分析巖石在高溫熔融易于流動(dòng)狀態(tài)的軟流層,，和地殼下面剛性巖石區(qū)域之間的情況?；鹕絿姲l(fā)時(shí)巖漿主要來自軟流層的中下部,，軟流層上部固相界面以上巖石由于溫度低，這里的巖石塑性差呈現(xiàn)剛性,，根本無法流動(dòng),，但這里的溫度足以使巖石成為高導(dǎo)體。因此從這一層到地心可看成一個(gè)導(dǎo)體球,。

如果這個(gè)導(dǎo)體球中各處的溫度相等時(shí)，由導(dǎo)體的靜電理論,，在靜電平衡后地幔導(dǎo)體球內(nèi)部電場(chǎng)處處為零,，地幔中的凈電荷全部分布在導(dǎo)體球的外表面 (這里沒有傳統(tǒng)意義上的表面,外表面指的是由于地幔上層阻抗很大電荷不能再繼續(xù)上移近乎絕緣的一薄層),。但地幔中有軸向的溫度梯度,，軟流層的溫度在1300℃以上，軟流層上部固相界面以上巖石溫度不足400℃,，軟流層中部與軟流層上部的固相界面地幔上部有近1000度的溫度差，有溫差必定會(huì)產(chǎn)生溫差電勢(shì),。

我們知道干燥巖石不能像金屬那樣靠自由電子導(dǎo)電,，因巖石中沒有自由電子。但高溫會(huì)使巖石中過氧化物的過氧鍵斷裂,，形成像半導(dǎo)體那樣的載流子（空穴）,。借助空穴，巖石晶格中電子的熱運(yùn)動(dòng)范圍可擴(kuò)張?jiān)S多,。

電子動(dòng)能與溫度有如下關(guān)系：

mv²=kT,。

式中m為電子質(zhì)量，V為電子平均熱運(yùn)動(dòng)速度,，T為溫度,。由上式看出，高溫軟流層的電子熱運(yùn)動(dòng)速度,，要比固相線上部剛性巖石中電子運(yùn)動(dòng)速度大很多,，使兩處的電子擴(kuò)散形成差異，由高溫區(qū)遷移擴(kuò)散到低溫區(qū)的電子多,，使高溫區(qū)的正電荷多于低溫區(qū),，于是就形成一個(gè)由高溫區(qū)指向低溫區(qū)的電場(chǎng)。該電場(chǎng)會(huì)阻止電子從高溫區(qū)向低溫區(qū)的擴(kuò)散,，當(dāng)兩者達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡時(shí),，就形成一定的溫差電勢(shì)，又稱湯姆遜電勢(shì),。使固相線以上剛性巖石帶負(fù)電,，軟流層帶正電。雖然半導(dǎo)體的溫差電勢(shì)系數(shù)比一般金屬高幾千倍,，可這里的溫差電勢(shì)還是非常的小,，僅有幾百毫伏量級(jí)。這微小的溫差電勢(shì)也會(huì)使軟流層帶有少量正電荷,。

3.2  地電容的充電

軟流層是火山噴發(fā)的巖漿源頭（雖然火山巖漿是由火山巖漿池噴出,，但巖漿池的巖漿也是來自軟流層），軟流層中的正電荷會(huì)隨巖漿一起被傳送到地球表面,。因中心導(dǎo)體球外界面是剛性的巖石無法流動(dòng),，所以這里的負(fù)電荷不能移到地面，只能積聚在此,。

根據(jù)靜電理論,，中心導(dǎo)體球靜電平衡后，導(dǎo)體內(nèi)部是不會(huì)有凈電荷的,。軟流層內(nèi)部由于正電荷流失而帶負(fù)電,，產(chǎn)生一個(gè)由地殼指向軟流層負(fù)電荷的電場(chǎng)。在這電場(chǎng)的作用下，地幔中的載流子會(huì)有定向漂移運(yùn)動(dòng),，使地幔內(nèi)部的負(fù)電荷轉(zhuǎn)移到中心導(dǎo)體球體的外表面,。此時(shí)，中心導(dǎo)體球內(nèi)部上述的動(dòng)態(tài)平衡被打亂,，電子的熱擴(kuò)散加強(qiáng),，直至再次達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡。因溫度的差異使軟流層始終保有少量的正電荷,，這種溫差電勢(shì)只與溫差有關(guān),，與中心導(dǎo)體球外界面的電荷多少無關(guān)。

在漫長(zhǎng)的時(shí)間里此起彼伏的火山噴發(fā),，巖漿裹挾正電荷不斷地輸送到地面,。中心導(dǎo)體球外界面不斷積累著負(fù)電荷，使中心導(dǎo)體球外界面帶負(fù)電,。

因電磁力和萬有引力一樣都是遠(yuǎn)程力,，在中心導(dǎo)體球外界面負(fù)電荷的靜電力作用下，隨巖漿升至地面的正電荷會(huì)下沉到地面導(dǎo)電層的下表面（這里的表面也不是傳統(tǒng)意義的表面,，而是地表層的正電荷下移到因巖石電阻增加而不能再下移的一層）,。此時(shí)地電容的上極板帶正電，下極板帶負(fù)電,，地電容被充電,，地電容產(chǎn)生一定的電勢(shì)差。隨著巖漿不斷地噴發(fā),，地表導(dǎo)電層下部的正電荷,，和中心導(dǎo)體球外界面負(fù)電荷越積越多，地電容的電勢(shì)差越來越高,。由巖漿的噴發(fā)及溫差電勢(shì)的作用下,，就像靜電起電機(jī)一樣，把地電容充電到較高的電勢(shì),。作為地電容介質(zhì)的地殼巖石,，電阻不會(huì)無限大，總會(huì)有漏電,，漏電會(huì)隨地電容電勢(shì)差的增加而增加,，當(dāng)漏電損失的電荷和巖漿輸送到地面的電荷相等時(shí)，地電容電勢(shì)差保持在一個(gè)動(dòng)態(tài)平衡穩(wěn)定狀態(tài),，維持一定的電勢(shì)差,。見圖19。

     圖19    火山噴發(fā)地電容被充電

Fig. 19 capacitor of volcanic eruption charged

3.3地電容的電勢(shì)差

因地心不可入,，無法直接測(cè)量地電容的電勢(shì)差，現(xiàn)在沒人研究這問題，沒任何資料可借鑒,，所以只能大體估算,。

地球表面與近地空間及宇宙間有著頻繁的物質(zhì)交換，當(dāng)然也有電荷的交換,。地面的電荷,，會(huì)因植物尖葉等地面尖端物體的尖端放電，把電荷釋放到空間,；或大風(fēng)把附著在氣溶膠上的電荷吹拂到空間,；或降雨閃電等把電荷輸送到地面；或宇宙帶電粒子沉降到地面等,，都會(huì)使地面電荷發(fā)生變化,。

地球表層導(dǎo)電層是與地幔導(dǎo)電球體同心的導(dǎo)電球殼層，由靜電感應(yīng)得知地球表層導(dǎo)電層下表面的電荷,，與地幔導(dǎo)電球體外表面的負(fù)電荷電荷數(shù)量相等,，都是由巖漿帶到地面的電荷量。

如果地球表面沒有損失電荷,，那么地球表層導(dǎo)電層的上表面也不會(huì)有電荷,，實(shí)際測(cè)量地球表層帶有負(fù)電荷，所以這種假設(shè)不成立,；如果地球表面損失的是負(fù)電荷,，地球表層導(dǎo)電層的上表面應(yīng)當(dāng)感應(yīng)出正電荷，這也與實(shí)際不符,；只有地球表面損失的是正電荷,，才能使地球表層導(dǎo)電層的上表面感應(yīng)出負(fù)電荷，那么損失了多少正電荷呢,？一種可能是沒損失,，如上面分析，這種可能不成立,。一種是有損失,，但損失的正電荷比巖漿從地下帶出的正電荷多，另一種可能是有損失,，但損失的正電荷比巖漿從地下帶出的正電荷少,。我們不知巖漿帶出的正電荷量，只知道無論地球表面損失的正電荷是多還是少,，都會(huì)使地球表面帶負(fù)電荷,，地球表面負(fù)電荷量就是地球表層損失的正電荷量，那么到底損失的正電荷量比巖漿帶出的正電荷量是多還是少呢,？我們不妨這樣來估測(cè)一下,。

軟流層溫度為1300℃,，軟流層上部剛性且導(dǎo)電率較高的區(qū)域溫度為400℃.若按2.5℃/100m的溫度梯度計(jì)算，由400℃升高到1300℃,，

溫差是：

△t=1300-400=900℃,。

距離是：

h=100×（1300—400）÷2.5=36Km

取地殼下面到軟流層中部一個(gè)截面s為1平方米，長(zhǎng)L為36km的柱體,，由于溫差作用使負(fù)電荷擴(kuò)散到柱體的一端,，從而使L/2的另一端帶正電荷。設(shè)柱體的冷端電勢(shì)為零,，電荷體密度為ρ,。L/2柱體帶正電荷量Q是；

Q= ρdL=SLρ/2,。

由理論計(jì)算得知,，半導(dǎo)體的溫差電動(dòng)勢(shì)率約為129μV/K。所以這柱體的溫差電勢(shì)U=129μV/K×（273+△t）=0.15V,。在電子熱擴(kuò)散與電場(chǎng)作用平衡時(shí),，柱體內(nèi)正電荷產(chǎn)生的凈電勢(shì)值就等于溫差電勢(shì)值：

U=KQ/r=K S（L/2）ρ/L=0.15v，

K為靜電力常量,，k=9.0×109 N·m2/C2,。

由此得；

ρ=2×0.15/9.0×109=3.3^-11庫倫/立方米,。

由實(shí)測(cè)得知：晴穩(wěn)天氣下大陸近地面大氣電場(chǎng)強(qiáng)度值E=120V/m,，電場(chǎng)方向向下，表明地面帶負(fù)電荷,。根據(jù)高斯定理,，沿地面做高斯面得∮E.ds=E 4πR2=4πkq，因此q=ER2/K,，計(jì)算的q=5.4×10⁵庫倫,。即地球表面帶有5.4×10⁵庫倫的負(fù)電荷。

假設(shè)地球表面帶的負(fù)電荷,，在數(shù)量上就是地球表面損失的正電荷量,，由此得知只要1.6 x10¹⁶立方米巖漿就能帶出這些電荷。

黃石國家公園最大一次火山噴發(fā),，就噴出巖漿2.45x10¹³立方米,，所攜帶出的電荷接近地電容所儲(chǔ)存的電量。全球每年約有50多次火山噴發(fā),，噴發(fā)出的正電荷遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于地電容儲(chǔ)存的電荷量,。

所以地電容極板上的電荷要比5.4×10⁵庫倫大的多，且地球表層導(dǎo)電層的下表面積小于上表面積,，因而地電容極板間電場(chǎng),，即地球表層導(dǎo)電層以下的地殼中的電場(chǎng)要比近地大氣電場(chǎng)大的多,。按近地大氣電場(chǎng)大的數(shù)值E0=120V/m，巖石相對(duì)電介系數(shù)εr=12,，大體估算,。

E=E0/εr=10V/m

其地電容的電勢(shì)差:

U=Ed=10×3.6×10⁴=3.6×10⁵伏。

所以地電容的電勢(shì)差至少在十萬伏以上,。

巖漿從軟流層中（火山巖漿池的巖漿來源也是軟流層）噴出，是客觀事實(shí),。只要證明火山噴出的巖漿帶正電荷,，以上論述就會(huì)得以證明。那么有什么證據(jù)證明巖漿帶正電荷,？最好的方法是取火山剛噴出的巖漿進(jìn)行檢測(cè),，但到此沒人做過此項(xiàng)檢測(cè)。

巖漿噴出后有些會(huì)在地面慢慢冷卻,，其攜帶的正電荷,，在巖漿的電導(dǎo)率還沒變小前已釋放完，所以大部分巖漿巖不帶電荷,。有些巖漿會(huì)噴到高空快速冷卻,，在落回地面前已由高導(dǎo)狀態(tài)變?yōu)楦咦锠顟B(tài)，如果巖漿帶電,，噴出地面的巖漿來不及把所帶的正電荷全部釋放完,，由于冷卻巖漿會(huì)由高導(dǎo)狀態(tài)轉(zhuǎn)變成高阻狀態(tài)，巖漿中的部分正電荷會(huì)被禁錮在火山巖中,。在高阻狀態(tài)下巖漿巖會(huì)保留原來的電荷而帶電,。大家知道海綿狀巖漿巖帶有正電荷，常用作火山巖生物濾料使用,。這就證明巖漿在涌出之前是帶正電的,。如果巖漿在噴發(fā)過程中由于摩擦而帶電，那么部分火山巖必定帶有負(fù)電,，事實(shí)是火山巖都帶正電,，這就否定了由于摩擦而帶電的假設(shè)?？烧f明巖漿噴出前是帶正電的,。這事實(shí)驗(yàn)證了上述論斷的正確性。

3.4 地電容的漏電

實(shí)驗(yàn)室模擬地下溫度,，壓力逸氧度等環(huán)境下測(cè)得的地下巖石電阻率,，僅為10⁴—10⁶Ω·m之間。如果按此值計(jì)算,，全球地電容兩端之間的總電阻不到1歐姆,，這樣小的電阻,，地電容的電壓瞬間即可消失！

依據(jù)導(dǎo)電機(jī)理,，可分為靠電子移動(dòng)傳導(dǎo)電流的電子型導(dǎo)體,，如金屬導(dǎo)體?？侩x子移動(dòng)傳導(dǎo)電流的離子型導(dǎo)體,，如含有帶電離子的液體氣體等。還有靠化合鍵位的電子空穴移動(dòng)傳導(dǎo)電流的半導(dǎo)體,。作為地下巖石,，以上三種電流傳導(dǎo)方式都有。

地殼中雖然有黃銅礦,，閃鋅礦,，石墨等電子導(dǎo)體，但含量有限只是局部存在,，不會(huì)形成貫穿地殼的導(dǎo)電通路,。巖石中有可自由移動(dòng)的電子但微乎其微。中下地殼中雖然存在由過氧化物的過氧鍵斷裂,，巖石結(jié)晶缺陷等因素形成的P型導(dǎo)電空穴,，但因空穴數(shù)量過少，彼此之間相距甚遠(yuǎn),，也無法形成導(dǎo)電通路,。

在數(shù)千米地下，由于溫度的升高,，巖石所受壓力增大,，巖石裂隙減少，空隙閉合,，互不聯(lián)通,，巖石內(nèi)部?jī)H存有極少量的流體（液態(tài)水）。包裹全球的厚厚干熱巖是無法利用巖體內(nèi)離子移動(dòng)傳遞電流,。

從世界第一深井--科拉半島深井取得的巖心分析,，在9Km以下巖石中的水是以結(jié)晶水形式存在，這就不存在離子移動(dòng)的可能性,。這說明中下層地殼巖石電阻率極高,。

在巖石電阻率的測(cè)量中，無論使用什么儀器,，其原理是一樣的,。先用精密儀器測(cè)出流過巖石的電流和施加的電壓，由電阻的定義式R=U/I求出電阻,，或由公式ρ=E/j計(jì)算出電阻率ρ,。如下圖：

圖20                            圖21

在圖（20）中,，兩測(cè)量電極間施加一定電壓U，在兩電極間無任何電介質(zhì)（真空）時(shí),，在兩電極間的外加電場(chǎng)強(qiáng)度為E₀,，當(dāng)兩電極間放入巖石介質(zhì)后，巖石介質(zhì)中分子的正負(fù)電荷,，在外加電場(chǎng)E₀作用下會(huì)產(chǎn)生偏移,，這種現(xiàn)象叫電介質(zhì)極化。電介質(zhì)極化后會(huì)在垂直外電場(chǎng)的介質(zhì)面上產(chǎn)生束縛電荷（極化電荷）,，如圖（21）,。極化電荷產(chǎn)生的電場(chǎng)Er方向與外加電場(chǎng)E₀方向相反，介質(zhì)內(nèi)部的電場(chǎng)強(qiáng)度E是外電場(chǎng)和極化電荷電場(chǎng)的代數(shù)和：

E= E₀－Er,。----------------------（1）

   如果用₀ 表示極板上的電荷面密度，由高斯定理:

=₀/_0,    得：E₀=₀/₀ ,。------------（2）

同理如果用_r表示極化電荷面密度得：

                  E_r=_r/₀,。------------------（3）

   在一定外電場(chǎng)中，極化電荷的多少與電介質(zhì)的性質(zhì)有關(guān),。設(shè)P為與電介質(zhì)有關(guān)的電介質(zhì)極化強(qiáng)度,，則有：

               _r=Pcos，

當(dāng)極化強(qiáng)度的矢量方向與電介質(zhì)界面垂直時(shí)  =0得：

              _r=P,，                     

由實(shí)驗(yàn)得知：電介質(zhì)的極化強(qiáng)度P與介質(zhì)中的電場(chǎng)強(qiáng)度E有如下關(guān)系：

P=_0eE,，     式中_e是電介質(zhì)的電極化率。

所以：E =₀/₀－_r/₀=E₀－_eE    E=E₀/(1+_e),，₀E=₀E₀/(1+_e),

令：(1+_e)=_r   得： _0rE=E₀   εE= E₀----------（4）

式中ε=ε₀ ε_r 是巖石的介電常數(shù),，ε_r 為相對(duì)介電常數(shù)，不同的物質(zhì)有不同的相對(duì)介電常數(shù),。

由于組成巖石的礦物成分復(fù)雜,，存在不同化學(xué)性質(zhì)及結(jié)構(gòu)的礦物，處在電場(chǎng)中的巖石,，有電子位移式極化,、離子位移式極化及偶極子取向式極化。不同的礦物,，不同的極化類型,，極化的程度也各不相同。這多種極化類型的礦物混雜在一起,，極化情況極為復(fù)雜,。為簡(jiǎn)便分析，我們把它看成是簡(jiǎn)單的兩層,，這又會(huì)形成夾層極化現(xiàn)象,。見圖（22）所示,。

  圖22                             圖23 

圖中22電極1和電極2中間巖石，是不同介電常數(shù)和電導(dǎo)率的多種電介質(zhì)組成的絕緣體,，電極1和兩種介質(zhì)的分界面電荷形成電容C1,，電極2和兩種介質(zhì)的分界面電荷形成電容C2，介質(zhì)1和介質(zhì)2的傳導(dǎo)電阻為R1和R2,。右邊為等效的電路圖,。

在外部電場(chǎng)作用下，各層電壓從開始按介電常數(shù)分布逐漸過渡到穩(wěn)態(tài)時(shí)按電導(dǎo)率分布,。在電壓分配的過程中,，夾層上會(huì)積聚一些電荷，使得整個(gè)介質(zhì)的等值電容增大,，這種極化稱為夾層介質(zhì)界面極化（夾層極化）,。

分析可得初始時(shí)刻和穩(wěn)態(tài)時(shí)，電壓的分布情況：

假設(shè)C1＜C2,，而R1＜R2,，而且C1/C2≠R2/R1。 t=0時(shí)：U1＞U2,；t=∞時(shí)：U1＜U2,。則從初始時(shí)刻到穩(wěn)態(tài)，U1下降而U2 增高,，這意味著電容C1要通過電阻R1放掉一部分電荷,，而C2電容要通過電阻R2補(bǔ)充一部分電荷，分界面上將積聚一批多余的空間電荷,，這就是夾層極化引起的吸收電荷,，電荷積聚過程形成的電流稱為吸收電流。這種極化現(xiàn)象存在于復(fù)合介質(zhì),、不均勻介質(zhì)中,，極化過程很緩慢，電荷積聚和移動(dòng),，極化伴隨著能量損耗,。這種能量消耗叫極化吸收消耗。

另外巖石中不可避免的會(huì)有一些含水孤立裂隙如圖（24）所示,。

圖24  

水中的離子在電場(chǎng)的作用下會(huì)在孤立裂隙中移動(dòng),，改變巖石內(nèi)部的電場(chǎng)分布，從而改變巖石表面的極化電荷數(shù)量,，使電路中產(chǎn)生電流,，這就是離子遷移極化電流。由于裂隙是孤立切封閉的，裂隙水中的離子無法移出巖石體外,，當(dāng)裂隙里的離子移動(dòng)到裂隙盡頭時(shí)無法不再移動(dòng),，電路中的遷移極化電流就降為零。

在離子遷移極化過程中是消耗能量的,，遷移極化消耗能量越大,，測(cè)得的介質(zhì)電阻率越小。由于離子在水中移動(dòng)速度緩慢,，電路中遷移極化電流需很長(zhǎng)時(shí)間才消失,。遷移極化電阻率是和傳導(dǎo)電流的電阻率是并聯(lián)的，當(dāng)測(cè)量時(shí)間較短時(shí),，得到的遷移電阻率就越小,。

綜上所述，可用下圖25等效直流電阻測(cè)量電路,。

圖25  等效直流電阻測(cè)量電路

   電路中的R1,、R2為介質(zhì)1、介質(zhì)2的介質(zhì)極化平衡消耗電阻,。R3為離子遷移消耗電阻,，R4為直流傳導(dǎo)消耗電阻。C1,、C2為介質(zhì)極化平衡電容，C0為無損耗等效電容,。I0為穩(wěn)態(tài)電流,，I1為極化平衡電流或吸收電流，I2為離子遷移電流,，I3為等效電容充電電流,，I4為直流傳導(dǎo)電流。

各電流隨時(shí)間的變化曲線如圖26所示：

圖26  

在電路接通的瞬間,，C0充電電流I3極大,，其大小決定于外電路的電阻，但會(huì)迅速下降到零,，是存在時(shí)間短暫的充電電流,；吸收電流I1則隨著加壓時(shí)間增長(zhǎng)而逐漸減小，減小的速度與巖石介質(zhì)的電阻率有關(guān),，當(dāng)巖石電阻率相當(dāng)大時(shí),，需要數(shù)十分鐘或數(shù)天甚至數(shù)年才衰減到零；離子遷移電流I2與巖石裂隙長(zhǎng)度巖石裂隙填充物等有關(guān),，短的裂隙幾秒即可減小到零,，實(shí)際地層中可能幾年以上，由于巖石裂隙眾多，長(zhǎng)短不一,，宏觀上I2也是逐漸減小,，經(jīng)很長(zhǎng)很長(zhǎng)時(shí)間離子遷移電流才減小到零；直流傳導(dǎo)電流是長(zhǎng)期存在的,。無論是吸收消耗,，遷移消耗、還是傳導(dǎo)消耗,，消耗功率越大,，測(cè)得的電阻率越小，他們都是并聯(lián)關(guān)系,。前兩項(xiàng)與時(shí)間有關(guān),，當(dāng)測(cè)量時(shí)間不夠長(zhǎng)時(shí)，前兩項(xiàng)所呈現(xiàn)的電阻率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于傳導(dǎo)消耗的電阻率,。

由于在直流電阻率檢測(cè)中,，檢測(cè)時(shí)間不可能很長(zhǎng)，所以測(cè)量的巖石電阻率中包含了遷移電流損耗電阻,、吸收電流損耗電阻及傳導(dǎo)電流損耗電阻三種的混合值,。當(dāng)檢測(cè)用時(shí)不夠長(zhǎng)時(shí)，前兩種產(chǎn)生的電阻率遠(yuǎn)小于傳導(dǎo)電流產(chǎn)生的電阻率,。

地層在地電容電勢(shì)的作用下,，經(jīng)千萬年漫長(zhǎng)時(shí)間過程，遷移電流和吸收電流均為零,，只有傳導(dǎo)電流,，而巖石骨架是極好的絕緣體，所以地下巖層的傳導(dǎo)電流幾乎為零,，所以地電容能夠長(zhǎng)期保持一定的電壓,。

在采用直流測(cè)量法中，如果是高電阻率的巖石,，由于電源電壓不可能很高,，（過高的電壓極易燒壞儀器）因而通過巖石的電流非常微小，無法檢出,，即是采用精密放大電路,，放大器噪聲，零點(diǎn)漂移等使誤差很大,。

由于直流法測(cè)量電阻率有許多缺點(diǎn),，所以現(xiàn)在大都采用交流法。

在交流電路中,，阻抗往往用復(fù)數(shù)形式Z=R+jX來表示,。其中,，實(shí)數(shù)部分R就是電阻，虛數(shù)部分是由容抗XC,、感抗XL組成,。容抗XC=1/2πfC，感抗XL=2πfL,。容抗與感抗在向量上是相反的兩個(gè)量,，因電容上的電流超前電壓一定角度，所以容抗是負(fù)值,。電路的阻抗為：

Z=R+（2πfL-1/2πfC）----------------------------（5）

理想的電感或電容,，只是儲(chǔ)存電荷的容器，進(jìn)行電場(chǎng)和磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)換中不消耗任何能量,。當(dāng)電路諧振時(shí)J（XL－XC）=0,，因電抗和容抗在相位上正好相反，相互抵消,，電抗部分為零,，這時(shí)電路的阻抗就只有傳導(dǎo)阻抗R。這時(shí)測(cè)出電路的電流值即可求得電阻率,。

在交變電場(chǎng)作用下,，作為電容電介質(zhì)的巖石電介質(zhì)開始受電場(chǎng)作用產(chǎn)生極化，需經(jīng)過一段時(shí)間后,，電介質(zhì)才能達(dá)到應(yīng)有的極化強(qiáng)度,，這叫松弛極化。如果交變電場(chǎng)變化太快,，電介質(zhì)還沒達(dá)到應(yīng)有極化強(qiáng)度時(shí),，電場(chǎng)就轉(zhuǎn)向。使極化強(qiáng)度跟不上外電場(chǎng)的變化出現(xiàn)滯后,，從而引起介質(zhì)的發(fā)熱損耗，這叫松弛極化損耗,。

若作用在介質(zhì)上的是交變電場(chǎng),，如果外加電場(chǎng)的角速度為ω則有：

_0rE=E0cos(ωt)------------------（6）

  由于極化松弛，（1）式中的Er與E0的矢量方向不再保持一致,，將有一個(gè)Er落后于E0的相角,。設(shè)此角為δ，

         _0r E_r =E_0···cos(ωt+δ)------------------（2）

由三角形的和差公式把（2）式展開：

_0r Er=E₀Sin(ωt)cos(δ)+E₀Cos(ωt) Sin（δ）-------------（3）

   令（3）式中的

ε1（ω）= E₀Cos(δ)

ε2（ω）= E₀ Sin(δ)

 1,、2是引入與頻率有關(guān)的兩個(gè)介電常數(shù),，所以相角δ也與頻率有關(guān)。當(dāng)頻率為零時(shí),，δ也為零,，電介質(zhì)不會(huì)出現(xiàn)松弛極化，這時(shí)1=E₀、ε2=0,。這便是靜電場(chǎng)的情形,，這時(shí)介質(zhì)損耗為零。

由于地下巖石成分復(fù)雜,，不同性質(zhì)的巖石顆粒產(chǎn)生松弛極化的頻率起點(diǎn)不一樣,，隨著頻率的增加，介質(zhì)損耗越來越大,。

令 tan(δ)= ε2（ω）/ε1（ω）,，可證明tan(δ)與介質(zhì)損耗有關(guān)，所以把tan(δ)叫做損耗因子,。頻率越高tan(δ)越大介質(zhì)損耗也越大,。

在交流巖石電阻率的檢測(cè)中，不但有遷移電流損耗,、吸收電流損耗還有松弛極化損耗和諧振消耗,，這些消耗越大，等效電阻率越小,。所有這些等效電阻都是并聯(lián)關(guān)系,，這些等效電阻率遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于巖石的傳導(dǎo)電阻率。所以這交流參量是不適宜用于長(zhǎng)期靜穩(wěn)的地下環(huán)境,。

地下巖石介質(zhì)在千百年的漫長(zhǎng)時(shí)間里,。其遷移損耗電流、吸收損耗電流早已降至為零,。又因地電容電勢(shì)是千古不變的靜穩(wěn)電壓,，也就沒有松弛極化損耗和諧振消耗，有的只是傳導(dǎo)損耗電阻R,。無論是直流還是交流檢測(cè)方法得到的是遷移電流損耗,、吸收電流損耗還有松弛極化損耗的等效電阻率，這些電阻率特別小,。組成巖石骨架物質(zhì)的電阻率是無窮大的,，是良好的絕緣體。這就使地電容的漏電流非常微小,，使地電容長(zhǎng)期保持穩(wěn)定的電勢(shì),。

下圖27是地電容漏電的等效電路。A,、B是地表層和上地幔的導(dǎo)電層,，Ud是地電容的電勢(shì)，AB之間是巖石介電質(zhì),，I0是漏電流,。由于地下巖石是靠離子移動(dòng)傳導(dǎo)電流,，這類似于電解池中的電解液。當(dāng)有漏電流通過時(shí),，巖石中微量的自由電子移動(dòng)到電極處必定會(huì)在AB兩導(dǎo)電界面處發(fā)生氧化還原反應(yīng),。因電化學(xué)反應(yīng)速度遠(yuǎn)小于電子的遷移速度，導(dǎo)致A極板處正電荷積累,，B極板處負(fù)電荷積累,，

圖27  地電容漏電等效電路

Fig. 3 equivalent circuit of earth capacitance leakage

產(chǎn)生化學(xué)極化?；瘜W(xué)極化電勢(shì)與地電容電勢(shì)相同,，這極大的阻礙了漏電流的增加。

圖28                         圖29

  極化效應(yīng)等效為一個(gè)電容,，即極化電容,，等效電路如上圖，Uc為極化電容,， R1為巖石電阻,。在巖石電導(dǎo)率的測(cè)量中，回路總電阻R為阻抗R1與容抗Xc=1/2πfc的并聯(lián)值,，即R=R1/(R1+2πfc ),。所以即是采用直流測(cè)量，由于測(cè)量時(shí)間的限制,，測(cè)得的巖石電阻率遠(yuǎn)小于實(shí)際值,。

如果施加到AB極板間的電壓是交流電，靠近極板界面巖石中的帶電離子只在原地來回?cái)[動(dòng),，即可形成很大的漏電流,。可地電容兩極板間是千百萬年不變的直流電壓,。界面巖石中微量可移動(dòng)的電荷一直沿一個(gè)方向移動(dòng),，若沒有液態(tài)水的存在，帶電離子是不能在固態(tài)巖石中移動(dòng)的,，界面巖石中的帶電離子得不到補(bǔ)充,，這類似于半導(dǎo)體二極管的PN結(jié)?？傆幸惶鞎?huì)把極板附近的可移動(dòng)電荷消耗殆盡,，形成一層高阻層,，屆時(shí)漏電流將減小到接近零,。此高阻層的阻抗便是法拉第阻抗。圖28中R1,，R2是法拉第阻抗的等效電阻,。

無論是向下滲漏的水,。還是向上噴涌的巖漿其電阻率都很低，均會(huì)使地電容短路,，泄漏掉地電容的電壓,。由于法拉第阻抗的產(chǎn)生，使漏水或巖漿噴涌的管道周圍形成電阻率極高的套管,，阻止了漏電流的發(fā)生,。再者每年幾十次的火山噴發(fā)，各大洋洋中脊連續(xù)不斷的巖漿涌出,，源源不斷地補(bǔ)充著地電容因漏電損失的電荷,，使地電容保持著基本恒定的電壓。

3.5 地電容的漏電補(bǔ)償

雖然地電容的漏電很小,，如果得不到充電補(bǔ)償,，天長(zhǎng)日久地電容電壓就會(huì)消失殆盡。是什么機(jī)理維持地電容保持恒定的電壓呢,？顯然幾次火山噴發(fā)是不能維持的,，必定還有別的電荷供給渠道。

維持地電容電壓不變的能量來源就是地球內(nèi)部的熱能,，地幔的熱能不僅能使正負(fù)電荷分離產(chǎn)生溫差電勢(shì),，還使正電荷逆地電容的電場(chǎng)而升至地殼層。

全球各大洋中都存在大洋中脊,。大洋中脊是由因地球深部地幔熾熱巖漿對(duì)流活動(dòng)產(chǎn)生的地幔柱,，地幔柱撕裂地殼不斷地向上噴涌巖漿形成的海嶺。海嶺長(zhǎng)度達(dá)8萬公里,，高度約3公里,。涌出的巖漿形成新的地殼，并以每年1—5厘米的速度橫向推擠兩邊原地殼,。但靠涌出巖漿攜帶的電荷來補(bǔ)償?shù)仉娙蓦姾蓳p失,，是杯水車薪。

地電容的主要電荷補(bǔ)償來源是不計(jì)其數(shù)的海底煙囪,。1979年,，美國科學(xué)家比肖夫博士首次在太平洋2500米的海底發(fā)現(xiàn)海底黑煙囪。2014年日本海上保安廳用無人機(jī)探測(cè)發(fā)現(xiàn),，日本近海海底有100多座海底黑煙囪群,。海底黑煙囪是溫度高達(dá)400℃的海底噴泉。

海底煙囪的成因是,，海水通過地殼裂隙下滲到地幔熔巖層,，滲入的冷海水受地幔高溫加熱后，以熱泉形式從海底噴出,。若海底熱泉噴口溫度在400℃以上時(shí),，噴出的熱水像黑煙一樣,，故名黑煙囪。因地下達(dá)到400℃的地層是地幔上層,，熱水上涌過程中溫度必定會(huì)逐漸降低,，熱噴泉口水溫達(dá)400℃，說明下滲的海水深達(dá)地幔的軟流層,。

海水也是導(dǎo)電體,，也必定產(chǎn)生溫差電勢(shì)。噴泉的水柱靠近地幔軟流層端帶正電荷,，靠近地殼下層端帶負(fù)電荷,。同火山噴發(fā)的巖漿一樣，上涌的熱水把正電荷帶到地球表層,，使地電容充電,。世界各地不計(jì)其數(shù)的熱泉不停地噴涌，使地電容保持恒定的電壓,。

海水是電阻率較小的導(dǎo)體,，貫穿地電容上下極板的水柱，會(huì)不會(huì)形成短路,，把地電容的電壓放掉呢,？我們知道導(dǎo)體大致有三種導(dǎo)電機(jī)制：一是靠電子移動(dòng)傳導(dǎo)電荷的電子類導(dǎo)體，這類導(dǎo)體主要是金屬,，石墨,，水銀，閃鋅礦等物質(zhì),。二是靠離子移動(dòng)傳導(dǎo)荷的離子型導(dǎo)體,，如水溶液，電離氣體等,。還有靠共價(jià)鍵的價(jià)位空穴傳導(dǎo)電荷的半導(dǎo)體,。把黑煙囪的水柱換成電子類導(dǎo)體，因金屬導(dǎo)體中有大量自由電子,，而且電子的移動(dòng)速度極快,，肯定會(huì)把地電容短路。水是靠溶解到水中的電解離子移動(dòng)導(dǎo)電的,，水中的帶電離子移動(dòng)速度很慢,，且數(shù)量有限。當(dāng)水流的速度大于離子移動(dòng)速度時(shí),，地電容上的電荷就無法靠離子移動(dòng)把電荷傳送到另一極板,，因而地電容不會(huì)短路。

當(dāng)然還有一些不為人知的機(jī)制來給地電容充電，維持地電容電勢(shì)長(zhǎng)期不變,。

（三）、 地震本征電場(chǎng)

由北京大學(xué)王麗華,，孫正江學(xué)者試驗(yàn)得知,，花崗巖，玄武巖,，沉積巖等巖石發(fā)生破裂時(shí)其介電系數(shù)會(huì)大幅減小,，Δεr/εr可達(dá)35%之多^[12]。地震大都發(fā)生在地幔以上作為地電容介質(zhì)的地殼和上地幔中,，地震前巖石首先發(fā)生分子層面的微破裂,，大量的微破裂就會(huì)引起宏觀展現(xiàn)，大區(qū)域的介質(zhì)系數(shù)也會(huì)大幅減小,。根據(jù)電容公式C=εS/D, C=Q/U, 得U=QD/εS,設(shè)Q不變時(shí),，可知其電容的端電壓與ε成反比。此時(shí)地電容電勢(shì)將升高原來的30%以上,。

我們知道平板電容兩極板若帶等量異種電荷,，無論電荷多少,或者電容的電勢(shì)高低，極板外側(cè)電場(chǎng)均為零,。但當(dāng)電容的電介質(zhì)系數(shù)變化時(shí)就是另一情景,。

在外加電場(chǎng)的作用下，作為絕緣介電物質(zhì)的地殼巖石分子會(huì)產(chǎn)生極化,，垂直電場(chǎng)的兩個(gè)界面會(huì)產(chǎn)生不能移動(dòng)的極化電荷,。巖石的介電常數(shù)減小后，產(chǎn)生的極化電荷也減少,。因此處原有的正電荷沒有變化,，所以正電荷數(shù)量遠(yuǎn)大于極化的負(fù)電荷，釋放出大量正電荷,。

這里距中心導(dǎo)體球表面的負(fù)電荷約40km,，中心導(dǎo)體球表面負(fù)電荷對(duì)這些釋放出來的正電荷的靜電引力，小于此處正電荷的相互斥力,，于是正電荷擴(kuò)散到地表,。使地表正電荷數(shù)量增多，地面電勢(shì)升高,。這種現(xiàn)象我們叫地電容的震電效應(yīng),，見圖30。

圖30  地震前正電荷上浮到地球表面

Fig. 30 Positive Charge Floating to Earth's Surface Before Earthquake

由于地震區(qū)域地表的正電荷數(shù)量比其他地方多,，必定與周邊區(qū)域形成一個(gè)向四周輻射的地電場(chǎng),。因只有地層巖石破裂才會(huì)產(chǎn)生這種電場(chǎng)所以這電場(chǎng)僅與地震唯一關(guān)聯(lián)，且與地震參量保持一定的線性關(guān)系，為區(qū)別其他電場(chǎng),，把這電場(chǎng)叫做地震本征電場(chǎng),。如果巖石破裂使地震區(qū)域的整體巖石介電系數(shù)減小1%，那么地面電勢(shì)至少會(huì)上升幾萬伏以上,。 

（四）,、地震前異常電磁現(xiàn)象的理論論證與事實(shí)證據(jù)

在此之前，地震前的電磁異?，F(xiàn)象有眾多解釋,，且每種電磁現(xiàn)象都有專門為此安排的物理機(jī)制。下面圖表1--2是中國地震局地震預(yù)測(cè)研究所丁鑒海,，申旭輝等列舉的各種電磁異?，F(xiàn)象的物理機(jī)制。我們先分析對(duì)地磁異常的假設(shè),。

對(duì)地磁異常物理機(jī)理假設(shè)有：壓磁效應(yīng),，熱磁效應(yīng)等。所謂壓磁效應(yīng)是：鐵磁性物質(zhì),，如鐵,、鎳、鉻等順磁性金屬,，磁鐵礦,、鈦鐵礦等鐵氧體及含稀土元素素的金屬化合物等物質(zhì)，如受到機(jī)械力的作用時(shí),，它內(nèi)部的磁疇產(chǎn)生應(yīng)變,，導(dǎo)致導(dǎo)磁率發(fā)生變化。由此理論計(jì)算最大地磁變化量10nT以內(nèi),。

中國地震局地球物理研究所曾小蘋,、鄭吉盎、王曌燚等學(xué)者,，對(duì)2008年5月12日汶川Ms8.0級(jí)地震前成都地磁臺(tái)的檢測(cè)數(shù)據(jù)分析表明,，震前地磁垂直分量變化值達(dá)20nT，這遠(yuǎn)超出了壓磁效應(yīng)的理論值,，見圖31,。

曾小蘋、鄭吉盎,、王曌燚等學(xué)者的文章還列舉了1989年10月17日美國加利福尼亞州Ms7.1 級(jí)地震前,，美國斯坦福大學(xué)研究小組在距震中7 km 處安放的地磁記錄儀器，記錄到地震當(dāng)天地磁幅度值較平時(shí)強(qiáng)60倍,。

2000年7月1—15日,，日本伊豆地區(qū)三宅島火山地震群前幾小時(shí)出現(xiàn)比平時(shí)正常值大40倍的磁異常。

他們按照磁場(chǎng)理論，即磁場(chǎng)強(qiáng)度與距離的平方呈反比關(guān)系,，折算到至距震中1 km處的磁場(chǎng)異常幅度值會(huì)大于地磁場(chǎng)值,。

壓磁效應(yīng)、熱應(yīng)力磁效應(yīng),、熱壓磁效應(yīng)和構(gòu)造磁效應(yīng)等都是在外力作用下磁介質(zhì)的導(dǎo)磁率發(fā)生變化,，但無論導(dǎo)磁率怎樣變化，異常地磁幅度值絕不會(huì)高于原有地磁場(chǎng)值,。地震前的地磁異常現(xiàn)象用以上機(jī)理根本無法解釋,。

圖31  汶川地震前一天成都地磁臺(tái)垂直分量變化

圖  幾種假設(shè)的地震前電磁異常機(jī)理

對(duì)地震前地電場(chǎng)異常理論主要假設(shè)有：壓電效應(yīng),，動(dòng)電效應(yīng)等。我們只用一點(diǎn)事實(shí)即可否定這些假設(shè),。下圖32是上海地震局馬欽忠學(xué)者整理的汶川地震前,，成都地電臺(tái)檢測(cè)的數(shù)據(jù)信號(hào)。

       圖32 汶川地震前成都臺(tái)地電場(chǎng)數(shù)據(jù)信號(hào)

下圖33是甘肅省隴南中心地震臺(tái)高署德,、中國地震局地質(zhì)研究所湯吉等學(xué)者對(duì)隴南漢王臺(tái)記錄數(shù)據(jù)繪制的分鐘值曲線,。

　圖33  汶川地震前隴南漢王臺(tái)記錄的大地電場(chǎng)南北向分鐘值曲線

由這些數(shù)據(jù)清晰的看到，地震發(fā)生時(shí)地電場(chǎng)并無大的異常,。因地震發(fā)生時(shí)是地下巖石受力變化最激烈時(shí)刻,，此時(shí)，無論是壓電效應(yīng),，或是動(dòng)電效應(yīng)所產(chǎn)生的地電場(chǎng)都應(yīng)是最大值,。但事情正好相反。單此即可證明地震前的地電場(chǎng)異常不是由壓電效應(yīng)或動(dòng)電效應(yīng)產(chǎn)生的,。

對(duì)于近地大氣電場(chǎng)的負(fù)異常,，有人用地下逸出的放射性氣體電離來解釋。因近地大氣是近乎絕緣的,，氣體電離后正負(fù)電荷無法分離較遠(yuǎn)距離,，較小空間內(nèi)的正負(fù)電荷相等，對(duì)外不顯電性,。這怎樣使近地大氣電場(chǎng)產(chǎn)生負(fù)異常,？也有人用動(dòng)電效應(yīng)（過濾電勢(shì)）來解釋。由過濾電勢(shì)的近似公式計(jì)算得知,，地面最大電勢(shì)不過幾伏,，這怎樣產(chǎn)生幾百伏每米的近地大氣電場(chǎng)？

目前對(duì)地震前電離層擾動(dòng)的解釋有,，震源區(qū)過氧鍵斷裂學(xué)說,，內(nèi)重力波學(xué)說，電離學(xué)說等等，稍加分析即可排除這些假設(shè),。

以上種種假設(shè)都無法圓滿解釋地震前的電磁異?，F(xiàn)象，也不可能不同的電磁現(xiàn)象是由各自不同的物理機(jī)制產(chǎn)生的,。所以現(xiàn)有對(duì)地震前電磁異?，F(xiàn)象假設(shè)的物理機(jī)制都與事實(shí)不符。

經(jīng)上面論述看出,，地震前由于地下巖石受力破裂,，會(huì)產(chǎn)生地電容震電效應(yīng)。由于地電容的震電效應(yīng),，使震區(qū)一定范圍內(nèi)產(chǎn)生地震本證電場(chǎng),，從而形成種種電磁異常現(xiàn)象,。如果能用地電容震電效應(yīng)理論很好地解釋震前的異常電磁現(xiàn)象,，這本身就會(huì)證明這種理論的正確性。下面就用地電容震電效應(yīng)這種物理機(jī)制來解釋所有地震前出現(xiàn)的種種電磁異?，F(xiàn)象,。

4.1  地震前近地大氣電場(chǎng)的負(fù)異常

在檢測(cè)近地大氣電場(chǎng)時(shí)，都是把大地作為電勢(shì)的零參考點(diǎn),。在靜穩(wěn)天氣時(shí),，大氣中有正電荷，在靜電學(xué)中規(guī)定,，電場(chǎng)方向由正電荷指向負(fù)電荷或無窮遠(yuǎn)處,。所以一般晴穩(wěn)天氣近地大氣電場(chǎng)的方向垂直向下，并規(guī)定垂直向下的電場(chǎng)為正向電場(chǎng),。全球近地大氣電場(chǎng)平均值約為120V/m,。

在幾十年中，中外科學(xué)家都檢測(cè)到地震前近地大氣電場(chǎng)會(huì)發(fā)生負(fù)向異常,。中國地震局地球物理研究所的郝建國等學(xué)者,，對(duì)在北戴河、大同,、邯鄲,、延慶、文安等地布設(shè)的大氣電場(chǎng)觀測(cè)網(wǎng)點(diǎn)10多年的記錄數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析研究,，結(jié)果列表如下：

從表中看出,，震前，絕大多數(shù)檢測(cè)點(diǎn)的大氣電場(chǎng)都產(chǎn)生了負(fù)向轉(zhuǎn)變,，并且負(fù)向幅值較大,，少者200V/m以上,，有的高達(dá)900V/m。

在靜穩(wěn)天氣和平靜空間狀況下,，近地空間大氣稠密,，帶電粒子運(yùn)動(dòng)時(shí)發(fā)生碰撞的幾率高，使近地空間大氣電阻率極高,，達(dá)10¹³Ω.m,，是電的良好絕緣體。地震前后空氣中凈的正電荷無任何渠道或機(jī)制進(jìn)行快速消散,，凈正電荷數(shù)量會(huì)保持不變,，也就是說近地大氣中的正電荷在地震前后不會(huì)有變化。那么近地大氣電場(chǎng)出現(xiàn)負(fù)值,，只會(huì)是地面的正電荷在地震前增多了,。由于地震前近地電場(chǎng)總是出現(xiàn)負(fù)值，也就是地面在地震前只會(huì)產(chǎn)生正電荷,，而不會(huì)出現(xiàn)負(fù)電荷,。

由上面論述得知：由于火山噴發(fā),，巖漿把軟流層的正電荷帶到作為地電容上極板的地殼導(dǎo)電層,，并使地電容充電至高電壓。地震前由于震源區(qū)巖石受力達(dá)到極限值后,，便會(huì)產(chǎn)生微破裂,，此時(shí)巖石的介電系數(shù)會(huì)減少。作為地電容介質(zhì)的巖石上界面,，其極化的負(fù)電荷會(huì)減少,，使地殼導(dǎo)電層下界面中，原先積聚的正電荷由于失去巖石極化負(fù)電荷的吸引,，會(huì)釋放出大量正電荷擴(kuò)散到地球表面,。使地面正電荷增多。如果巖石破裂使地震區(qū)域的整體巖石介電系數(shù)減小1%,，那么地面電勢(shì)至少會(huì)上升幾萬伏以上,。

當(dāng)?shù)孛娣e聚的正電荷多于近地大氣的正電荷時(shí)，地面與近地大氣電場(chǎng)的方向就會(huì)由垂直向下,，轉(zhuǎn)變?yōu)榇怪毕蛏?，這就是地震前近地大氣電場(chǎng)負(fù)異常原因。因地電容的震電效應(yīng)總是使地面出現(xiàn)正電荷,，所以地震前近地電場(chǎng)總是產(chǎn)生負(fù)異常,。這與實(shí)際檢測(cè)結(jié)果完全吻合。

目前已知的理論都無法解釋這一現(xiàn)象,，但這現(xiàn)象卻證明了地電容的震電效應(yīng),。證實(shí)上述理論的正確性,。

4.2地震前電離層總電子密度（TEC）波動(dòng)

科學(xué)家首次在1964年美國阿拉斯加大地震前發(fā)現(xiàn)電離層有擾動(dòng)現(xiàn)象之后，許多國家震科學(xué)家開始研究電離層擾動(dòng)與地震發(fā)生的關(guān)聯(lián)性,。日本,、俄羅斯、美國,、法國等發(fā)達(dá)國家已經(jīng)發(fā)射了電磁衛(wèi)星,，積累了大量的電離層觀測(cè)數(shù)據(jù)。眾多科學(xué)家對(duì)大量的觀察數(shù)據(jù)分析表明,，地震與電離層擾動(dòng)有著很高的關(guān)聯(lián)度,，并越來越受到關(guān)注。

圖34 臺(tái)灣花蓮Mw6.4 級(jí)地震前全球電離層ＴＥＣ異常分布圖（五角星為震中位置）

大氣的電離主要是在太陽紫外線,、Χ射線和高能粒子的作用下電離,，產(chǎn)生自由電子和正、負(fù)離子,，形成等離子體區(qū)域即電離層,。而電子密度達(dá)到平衡的條件，主要取決于電子生成率和電子消失率,。

地震區(qū)域地面正電荷異常增多時(shí),，必定會(huì)在電離層產(chǎn)生靜電作用力。當(dāng)?shù)孛骐妱?shì)升高上千伏時(shí),，會(huì)在電離層產(chǎn)生微伏量級(jí)的電場(chǎng),。因電離層空氣極為稀薄，粒子的自由行程很長(zhǎng),，發(fā)生碰撞的幾率少,，所以電離層是導(dǎo)電層。地震前在地面電場(chǎng)作用下,，電離層的電子會(huì)下沉,。如果電子在正電荷的下方，此時(shí)電子與正電荷的距離拉大,，復(fù)合機(jī)會(huì)減少,，總電子密度TEC會(huì)上升，如果電離層上部電子密度高于下部,，受地面電場(chǎng)力的作用電子下沉,，復(fù)合機(jī)會(huì)增多，這時(shí)TEC會(huì)下降,。所以地震前,，地震區(qū)域上空電離層必定會(huì)產(chǎn)生擾動(dòng)。

如果地下巖石破裂規(guī)模不大,，也就是將要發(fā)生的地震震級(jí)不高,，那么地表的正電荷量也會(huì)不多,，甚至不會(huì)影響到高空的電離層。這就是小地震不會(huì)有電離層擾動(dòng)的原因,。這也與事實(shí)完全相符,。

地震前的電離層擾動(dòng)的檢測(cè)數(shù)據(jù)也證明上述理論的正確性。

4.3 地震前地電場(chǎng)矢量的反方向指向震中

在靜電學(xué)中正電荷的電場(chǎng)方向是由正電荷指向無窮遠(yuǎn)處,。同樣當(dāng)因地震使地面正電荷增多時(shí),，會(huì)在地層中形成以震中為中心的輻射狀地電場(chǎng)，地電場(chǎng)檢測(cè)點(diǎn)檢測(cè)的地電場(chǎng)反方向必定是指向震中的,。

由于種種原因無地震時(shí)地震檢測(cè)點(diǎn)也會(huì)有背景地電場(chǎng)存在,。由地震引起的地電場(chǎng)會(huì)疊加背景電場(chǎng)，這樣異常地電場(chǎng)就不會(huì)正確的指向震中,，但必然會(huì)發(fā)生趨向震中的偏轉(zhuǎn),。

地層也不是理想的各向同性的均勻電介質(zhì)，地層中巖石分布,，巖石體積,，巖石特性，巖石裂隙,，裂隙含水量,，水的鹽離子含量等等都存在巨大差異。各檢測(cè)點(diǎn)的地下電流與電阻率成反比,，所以檢測(cè)點(diǎn)檢測(cè)的地電場(chǎng)矢量方向也會(huì)受地層結(jié)構(gòu)有關(guān),，地電場(chǎng)矢量的反方向不一定指向震中,。但也必然會(huì)發(fā)生趨向震中的偏轉(zhuǎn),。

另外震源區(qū)不是一個(gè)點(diǎn)，地下巖石破碎的位置是在地震斷裂帶內(nèi)隨機(jī)變換,，這時(shí)地面檢測(cè)點(diǎn)的地電場(chǎng)矢量方向也必然的跟隨擺動(dòng),。

地電場(chǎng)的方向是人為規(guī)定的，但目前沒有統(tǒng)一規(guī)定,。地電場(chǎng)的方向與地電場(chǎng)檢測(cè)儀器接線有關(guān),，無論是東西向或南北向，只要交換一下接線,，地電場(chǎng)方向就會(huì)改變,。還有計(jì)算地電場(chǎng)矢量的算法不同所得矢量方向也不同。由于上述因素,，使得各學(xué)者分析得到的地電場(chǎng)矢量方向產(chǎn)生混亂,，無法得到一致且正確的結(jié)論。

雖然各學(xué)者分析與地震關(guān)聯(lián)的地電場(chǎng)矢量方向不是固定的,，但有很強(qiáng)的線性,。這證明兩點(diǎn)：一是與地震關(guān)聯(lián)的地電場(chǎng)源自震源,，二是震中區(qū)地面電勢(shì)增高了。

中國地震局地球物理研究所毛桐恩等學(xué)者,，研究了1 9 9 8 年1 月10 日河北省張北地區(qū)6 .2 級(jí)地震過程中寶坻地電臺(tái)大地電場(chǎng)記錄數(shù)據(jù),，證實(shí)地震前地電場(chǎng)矢量的反方向基本指向張北地震區(qū)域，見下圖,。

圖 35寶坻地電場(chǎng)矢量的反方向指向張北地震區(qū)域

上海市地震馬欽忠等學(xué)者分析了2008年西藏發(fā)生了4 次MS 6.0 以上地震,，拉薩臺(tái)記錄的地電場(chǎng)數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)地電場(chǎng)極化特征具有分段線性極化特征,。

河北省地震局邯鄲中心臺(tái)張小濤等學(xué)者,，在研究2010年4月青海省玉樹M7.1級(jí)地震前甘孜、大武,、都蘭,、拉薩、小廟,、天水,、漢王、成都地電場(chǎng)臺(tái)資料時(shí),，也發(fā)現(xiàn)震前電場(chǎng)矢量E的方向發(fā)生了偏轉(zhuǎn),，電場(chǎng)的變化方位角方向趨于背向震中的方向見下圖。

圖36

上海地震局馬欽忠學(xué)者用2008年5月12日汶川Ms8.0地震前成都臺(tái)地電場(chǎng)數(shù)據(jù),，NS方向數(shù)據(jù)值做縱軸坐標(biāo),，EW方向數(shù)據(jù)值做橫軸坐標(biāo)得到電場(chǎng)值極化曲線如下圖，從圖中看出電場(chǎng)極化特征為線性,，因地電場(chǎng)儀器檢測(cè)的地電場(chǎng)方向與

 圖37 a電場(chǎng)方位角              b地電場(chǎng)矢量指向震中

與接線有關(guān),，如果把東西向地電場(chǎng)引線調(diào)換一下接頭，得到的就是b圖所示,。地電場(chǎng)的矢量方向延長(zhǎng)線指向震中地區(qū),。由于地震源不是一個(gè)點(diǎn)，是一個(gè)區(qū)域,，巖石破裂位置是震源區(qū)在不同時(shí)刻隨機(jī)分布的,，所以在不同時(shí)刻地電場(chǎng)矢量方向也不同，見上圖37,。

   另外由于平常時(shí)刻就存在一定的地電場(chǎng)（背景電場(chǎng)）,，在這背景地電場(chǎng)的干擾下，與地震關(guān)聯(lián)的地震地電場(chǎng)矢量必定會(huì)產(chǎn)生偏差,，不一定正確的指向震中,。地殼也不是各向同性的均勻介質(zhì)，由于地電場(chǎng)檢查點(diǎn)到地震中心之間的地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜,，地質(zhì)因素也會(huì)改變地電流傳導(dǎo)路徑,，這也會(huì)使與地震關(guān)聯(lián)的地震地電場(chǎng)矢量不會(huì)正確指向地震中心,。

　  中國地震局地質(zhì)研究所張學(xué)民，中國地震臺(tái)網(wǎng)中心盧軍分析1988年11月6 日瀾滄-耿馬7 .6 級(jí)地震前騰沖臺(tái)地電場(chǎng)數(shù)據(jù)得知,，臨近地震前, 地電場(chǎng)方向性很明顯,，如圖38a。雖然下圖a的地電場(chǎng)方向是東北西南向,，如果地電場(chǎng)儀的東西向接線調(diào)換一下,，地電場(chǎng)方向即成下圖b所示，這時(shí)地電場(chǎng)方向指向震中,。

   圖38      a                           b

4.4  地震前的大地電場(chǎng)異常

由于地電容的震電效應(yīng),，地下巖石破裂時(shí)，地震源上方地域電勢(shì)升高,，與周邊地區(qū)產(chǎn)生電壓差,，震中區(qū)域一定范圍內(nèi)的地殼表層就會(huì)產(chǎn)生一定強(qiáng)度的電流，這時(shí)在檢測(cè)儀兩電極間會(huì)產(chǎn)生電勢(shì),，這就是我們檢測(cè)到的臨震地電場(chǎng),。

在現(xiàn)實(shí)中，有時(shí)有地震卻檢測(cè)不到異常地電場(chǎng),。在同一次地震中,，有的臺(tái)站有強(qiáng)烈的地電場(chǎng)異常，有的臺(tái)站卻毫無異常出現(xiàn),。這是不是說明異常地電場(chǎng)與地震毫不相干,。或者說,，有的地震會(huì)產(chǎn)生異常地電場(chǎng),，有的地震則無異常地電場(chǎng)產(chǎn)生。

由地電容震電效應(yīng)的機(jī)理可知：除下地幔發(fā)生的深層地震,，和地殼上層發(fā)生的淺源地震外,，凡是在地電容介電巖層中發(fā)生的大大小小的地震,，都會(huì)產(chǎn)生異常地電場(chǎng),。

之所以出現(xiàn)上述情況，是因?yàn)椋涸诘孛鏅z測(cè)到的地震本征電場(chǎng)與地質(zhì)結(jié)構(gòu)有關(guān),、與地電場(chǎng)檢測(cè)臺(tái)站的位置有關(guān),、與電極的設(shè)置有關(guān)、與信號(hào)的處理有關(guān),。

一般情況下,，距地表越深巖石受到的壓力越大，其玄武巖或花崗巖越致密,，內(nèi)部幾乎沒有液態(tài)水,，這對(duì)直流電而言是近似絕緣體,。一塊整體的巖層，就像鍋蓋一樣阻止了地下電荷的上升,。地下電荷只能沿著巖石裂隙的地電阻率通道上升,。見示意圖39。

  圖39  地下電荷移動(dòng)示意圖

圖中含水土層下是致密巖層,，而致密巖層又與裸露山體巖石相連,，使含水土層的導(dǎo)電通路被阻斷，這時(shí)設(shè)置在裂隙左側(cè)土層中的電極A,、B間無電流通過,，當(dāng)然就檢測(cè)不到地震前的異常電場(chǎng)。如果把檢測(cè)電極安置在裂隙右側(cè)土層中就可檢測(cè)到異常地電場(chǎng),。因地下電荷會(huì)集中從這裂隙通道涌出,，裂隙端口的地面就會(huì)有很大的電場(chǎng)梯度，如果電極靠近裂隙區(qū)域?qū)⒂刑貏e強(qiáng)的異常地電場(chǎng)信號(hào),。

因一次地震會(huì)有多處地下巖石破裂,，因破裂巖石的位置不同，破裂規(guī)模不同,，破裂時(shí)間不同,。由于不同臺(tái)站所處位置不同，檢測(cè)到的異常地電場(chǎng),，可能是不同位置的巖石破裂產(chǎn)生的,。這樣不同臺(tái)站的異常地電場(chǎng)信號(hào)就不會(huì)同步，也就沒有可參比性,。

4.5  地震前的地磁異常

地電容的震電效應(yīng),，使地震區(qū)域的地層中流動(dòng)著正電荷的擴(kuò)散電流。一般情況下這種擴(kuò)散電流很微弱,，由此產(chǎn)生的異常磁場(chǎng)也很微弱,，這微弱的地震異常磁場(chǎng)淹沒在正常地磁場(chǎng)中很難覺察到。這就是許多地震監(jiān)測(cè)不到地磁異常的原因,。  

如圖39所示,，如果該地地層深處的電導(dǎo)率各項(xiàng)異性，有高電阻率的巖石層塊,，有高電導(dǎo)率的裂隙,，那么裂隙中就會(huì)有較強(qiáng)的電流，電流必定會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng),。裂隙中強(qiáng)大電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)有可能比地磁場(chǎng)強(qiáng)幾倍或幾十倍,。如果巖層有鐵磁性礦物，異常磁場(chǎng)會(huì)更強(qiáng)。這時(shí)處在此地的地磁檢測(cè)設(shè)備會(huì)檢測(cè)到異常地磁信號(hào),。由于異常磁場(chǎng)等于或大于地磁強(qiáng)度,，指南針必定會(huì)產(chǎn)生擺動(dòng)（如圖中的乙處）。相反該區(qū)域地下是高阻區(qū),，沒有低阻的裂隙,，那么地震引起的地電流就非常微弱，磁場(chǎng)的異常也就非常微弱,，甚至檢測(cè)不出來（像圖39的甲處）,。

4.6  地電阻率的異常

地電阻率的大小決定于地層土壤或巖石的固體電性、空隙結(jié)構(gòu),、溫度,、含水量、水中導(dǎo)電離子數(shù)量等因素,。地震前由于地殼運(yùn)動(dòng),，改變了地表的土壤結(jié)構(gòu)，從而使地電阻率增大或減小,。這機(jī)制不能解釋大多數(shù)異常是地電阻率減小的現(xiàn)象^{[12] [13] [14]},。

地震前，原本集聚在地下的電荷會(huì)釋放到地面表層,，使地面表層電荷增多,，在其他因素不變時(shí)，地電阻率也會(huì)減小,。這樣就很好的解釋了地震前地電阻率降低的問題,。

這些事實(shí)證明地震前地震中心區(qū)域確實(shí)出現(xiàn)了大量的正電荷。

4.7  地震前電磁輻射信號(hào)

由于地下巖石的成分,，結(jié)構(gòu),、體量大小及性能的差異，在受力產(chǎn)生微破裂時(shí),，破裂的位置,，速度，規(guī)模等都會(huì)隨時(shí)間產(chǎn)生變化,。這些隨機(jī)的,，大量的，規(guī)模大小不等的,，位置飄忽不定的,，規(guī)模數(shù)量隨時(shí)間變化的微破裂，所引起地表層電勢(shì)也會(huì)相應(yīng)變化,，這必定會(huì)產(chǎn)生漲落現(xiàn)象。從而使各電磁量有寬廣的頻域。這就是地震前,，人們?cè)谔?、近地空間或地下能檢測(cè)到寬廣頻譜電磁輻射現(xiàn)象的機(jī)理。

4.8  地震前的地震光

由于地質(zhì)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性,。地下正電荷向地表移動(dòng)的路徑也極為復(fù)雜,，主要是沿巖石裂隙等含水較多的低電阻率通道上升（見圖39），這就必然使升到地面的電荷分布極不均勻,，正電荷在通道的地面開口處特別多,，這里的電勢(shì)也就特別高。

地震前地震區(qū)域某些地面電勢(shì)升的特別高時(shí),，近地空氣中總有些帶電粒子,，帶電離子在這高壓電場(chǎng)作用下加速運(yùn)動(dòng)，當(dāng)與空氣原子碰撞后,，將其激發(fā)到高能級(jí)狀態(tài),，能級(jí)恢復(fù)時(shí)會(huì)發(fā)出光子。若發(fā)生在夜晚,，出現(xiàn)各種形態(tài)和顏色的光是必然的現(xiàn)象,。由于地震光與地質(zhì)結(jié)構(gòu)有關(guān)，所以并不是每次地震都會(huì)出現(xiàn)地光,。也不會(huì)在地震區(qū)域各處都會(huì)產(chǎn)生地光,。 這證明地震前地震中心區(qū)域產(chǎn)生了較高的電勢(shì)。這高電勢(shì)無法用現(xiàn)有理論解釋,，只能用地電容的震電效應(yīng)解釋,。   

4.9  地震前的電磁波傳播異常

如果報(bào)道的唐山地震前延慶縣佛爺頂山上，測(cè)雨雷達(dá)及空軍的警戒雷達(dá),，在26--27日收到來自京,、津、唐上空扇形指狀回波是事實(shí),，那么地電容的震電效應(yīng)可很好的解釋這一現(xiàn)象

由于地電容的震電效應(yīng)使地面電勢(shì)升高,，地面電荷會(huì)通過植物葉片，地面突出物等尖端物體向近地空間放電,，使近地大氣產(chǎn)生電離,，形成不規(guī)則的團(tuán)霧狀離子氣團(tuán)。電波經(jīng)過這離子團(tuán)霧時(shí)會(huì)產(chǎn)生折射,，衍射,，反射和吸收，必定會(huì)產(chǎn)生種種奇異電磁干擾現(xiàn)象,，產(chǎn)生上述的雷達(dá)回波也有可能,。 

4.10 靜電現(xiàn)象

地震前在地表很高的電場(chǎng)作用下，導(dǎo)體或電器設(shè)備，必定會(huì)產(chǎn)生靜電感應(yīng),，產(chǎn)生一些靜電現(xiàn)象,，如關(guān)閉的日光燈發(fā)光，收音機(jī)出現(xiàn)噪音,，儀器失靈等怪異現(xiàn)象,。

   4.11 地震前地表層PH下降

 地層的電荷是以離子形態(tài)呈現(xiàn)的，因地層中帶正電的氫離子數(shù)量最多,、遷移速度最大,，所以地電容震電效應(yīng)使地表層出現(xiàn)的正電荷絕大多數(shù)是氫離子，當(dāng)?shù)貙又袣潆x子增多時(shí)PH值就會(huì)下降偏向酸性,。一般PH計(jì)的最高分辨率都大于6×10¹⁵個(gè)/升氫離子,，經(jīng)計(jì)算，強(qiáng)震時(shí)地表導(dǎo)電層出現(xiàn)的正電荷數(shù),，每升均值遠(yuǎn)小于此值,，所以一般PH計(jì)很難測(cè)出，因此很少有人關(guān)注,。但當(dāng)正電荷集中通過或聚集在某一區(qū)域時(shí),，PH計(jì)就會(huì)檢測(cè)到。

    1971年2月9日,在南哈薩克斯坦奇姆肯特區(qū)發(fā)生一次4.2級(jí)的地震,。對(duì)震區(qū)13口千米以上深井的動(dòng)態(tài)觀察表明:在震前地下水的pH值明顯降低（吳振寰,，1981）。這是地電容震電效應(yīng)第二特征的直接證據(jù),。

4.12 動(dòng)物行為反常

不同動(dòng)物對(duì)不同物理量的感知能力差異較大,。魚對(duì)電場(chǎng)就相當(dāng)敏感。當(dāng)?shù)叵码姾裳啬车碗娮杪实耐ǖ郎恋孛嫠袝r(shí),，通道口與周邊區(qū)域也會(huì)有不小的電勢(shì)差,。僅需每米幾十伏的電場(chǎng)即可把魚電暈。處在該區(qū)域的魚同樣會(huì)受到傷害,，出現(xiàn)反?，F(xiàn)象甚至昏死。只要對(duì)電場(chǎng)比較敏感的動(dòng)物都會(huì)出現(xiàn)不適感,，出現(xiàn)離奇古怪的現(xiàn)象,，甚至死亡也不足為奇。

2019年9月8日6時(shí)42分在四川內(nèi)江市威遠(yuǎn)縣發(fā)生5.4級(jí)地震,，內(nèi)江市資中縣陳家鎮(zhèn)的一魚塘監(jiān)控錄像紀(jì)錄下震前魚兒驚恐跳躍的一段視頻,。經(jīng)紅星新聞?dòng)浾邚膬?nèi)江當(dāng)?shù)毓俜阶C實(shí)：視頻是真實(shí)情況。

客觀上,，地震前后各種電磁現(xiàn)象都是地球內(nèi)部孕育的應(yīng)力勢(shì)能轉(zhuǎn)換的,。不可能每種電磁現(xiàn)象是各自特有的物理轉(zhuǎn)換機(jī)制產(chǎn)生,，現(xiàn)有的假設(shè)不僅不能全面解釋所有電磁現(xiàn)象，就連個(gè)別電磁現(xiàn)象也很難解釋清楚,。雖然有許多種機(jī)電轉(zhuǎn)換機(jī)制,，機(jī)電轉(zhuǎn)換過程也相當(dāng)復(fù)雜,，但地球是一個(gè)有著特除結(jié)構(gòu)的同一系統(tǒng),，其主要轉(zhuǎn)換機(jī)制可能不多。形形色色的地震異?，F(xiàn)象只是電磁現(xiàn)象不同,，其物理機(jī)制是一樣的。無論是人們直觀感受的或儀器實(shí)際檢測(cè)的各種電磁異?，F(xiàn)象,，都可用地電容震電效應(yīng)全面完美的解釋。這就足以證明地電容震電效應(yīng)這種機(jī)理是客觀事實(shí),。

（五） 結(jié)論

1,、由大量大地電磁、地震波檢測(cè)數(shù)據(jù),、前蘇聯(lián)科拉超深鉆探結(jié)果及實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)證明地電容是客觀存在的,。

2、由靜電學(xué)理論及火山噴發(fā)大洋海脊的巖漿涌出等事實(shí)說明存在著地電容的充電機(jī)制,。

3,、由巖石破裂巖石介電系數(shù)減小的實(shí)驗(yàn)結(jié)論得知，地震前存在著地電容的震電效應(yīng),。

4,、由監(jiān)測(cè)到的大量震前異常數(shù)據(jù)特征與地電容震電效應(yīng)完全吻合等事實(shí)，充分證明本文論述的地震前異常電磁機(jī)制是客觀存在的自然現(xiàn)象,。

5,、新發(fā)現(xiàn)的這種震前電磁異常物理機(jī)制，可完美解釋所有震前產(chǎn)生的異常電磁現(xiàn)象,。

6,、根據(jù)這種理論，可掌握地震前異常電磁異常信號(hào)的一些特征：如異常電磁信號(hào)大都出現(xiàn)在十幾天之內(nèi),；不定時(shí),；不定位置；幅值不同,；持續(xù)時(shí)間不等的超低頻單向脈沖,。異常地電場(chǎng)除具有以上特征外還有變化的電場(chǎng)矢量反方向指向震中區(qū)域。

由于地電容震電效應(yīng)會(huì)使地面出現(xiàn)正電荷,，從而引起近地大氣電場(chǎng)的負(fù)異常,；電離層異常,；地光；地層PH值及地電阻率降低等現(xiàn)象,。地層中低電阻通道電流會(huì)大于其它地方,，這可產(chǎn)生強(qiáng)的地磁波動(dòng)。我們可根據(jù)以上震前異常電磁特征,，采取相應(yīng)措施,，設(shè)計(jì)有效的檢測(cè)儀器，合理的數(shù)據(jù)處理方法,，就可從繁雜噪聲信號(hào)中鑒別出地震本征電磁信息,，這對(duì)實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的臨震預(yù)報(bào)具有積極意義。

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