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诌议地震防治

已有 1644 次阅读 2017-8-16 01:32 |个人分类:物理|系统分类:科研笔记

诌议地震防治

地震防治乃世界级难题,现在还没有多少办法。传统的专家们大多认为很难,几乎不可能。所以也就给别人大胆假设小心求证的机会。本人不是地震的业内人士,所想所说,肯定难免错误,所以本文自称是【诌议】,诌议者,随心所欲,姑妄言之之谓也。欢迎专家里手拍砖切磋。

只不过我有些很想不通,那种认为人类对地震无能为力的说辞难道不也是错误的吗?随着科学的进步,地震总是可以被认识的,防治的手段一定会超出我们今天的想象。如果没有这样一点点自信和追求,恐怕也就不必搞地震研究了。

从汶川地震以来,至少在地震“预警”上有了相当大的进步。利用地震波传播速度与无线电传播速度的差异,对已经发生的地震可以给周边的人们提供“预警”。我觉得预警这个词不如改成警报更符合实际。因为它不是在地震发生前的预警,而是地震已经发生之后提供的警报。有点像战争期间敌机已经出动甚至侵入领空时候发出的防空警报。现在这个警报已经可以给周边地区提供几秒到几十秒的“预警”了。可是在十年,二十年以前,这也是没有的。不过这个警报对于震中附近破坏力最大的地方效果甚微。

地震能不能预报是个有争论的问题。我个人认为,地震是个断裂性的,突发性的事件,不可能完全按照线性外推的方式来预测(现有的成功的预测基本上都是线性外推)。但是在地震发生之前必然有相当长时期的应力的近乎线性的积累,这个应力达到载体的可承受的极限,就应当是地震即将发生的时候了。然而这个断裂何时发生还有很大的不确定性。就像我们可以预测一个婴儿的预产期,但是那一刻降生,谁一说不准,除非剖腹产。

因为,一个地块所能承受的应力的极限也并不一定是一个完全确定的数值,会有一个范围,有一定的不确定性,而不是一成不变的。并不是像在在实验室里测定的材料极限那么简单。即使实验室的条件严格控制的实验,像这种极限参数的测量,各次测试之间也会有差异。我曾经多次说过,这有点像相变(质而言之,这里也的确涉及相变)。水蒸气达到饱和就该凝结了,但是客观世界却存在过饱和蒸汽。就是蒸气压已经超过饱和蒸气压,但是还没有凝结。越是纯净的蒸汽越可能出现这种现象。高能物理上的曾经非常重要的探测器云雾室和气泡室,都是根据这个原理工作的。人工降雨也是如此。

我一直在想,如果我们有一个比较完整的地震监测网络,知道引起地震的应力累计的状况,那么我们能不能在应力发展到可能发生地震的程度的之前,选在在造成损失较小的地方诱发地震,让应力释放出来,从而减轻地震造成的危害呢?

这是我对于灾害现象的一个基本的观点,就是化大灾为小灾,比如对于台风用小台风来冷却海面释放积蓄的能量,从而不让过强的台风发生;那么对于地震,能不能用小震化解大震?

对于台风,因为至少有公开的天气信息,我观察了十几年敢于比较有把握提出那个思想,而对于地震,信息还太少,只能说点“诌议”之谈。

像汶川地震那样的大震。即使我们将来能预报,即使能做到把地震发生的时间准确到一天之内,那也只能避免人员伤亡,至于财产损失还是不可避免的。有没有一种可能,在它发生之前,在应力还没有发展成大地震之前,在它的附近人烟稀少的地方,诱发一些小的地震,把应力释放出来?

我们可以合理地想象发生大地震的地方,应当是岩石的屈服强度比较高的地方,只有巨大的能量才能使之断裂,从而导致强烈的大地震发生。那么如果在附近,地质材料不那么坚强的地方制造地震就可能让这个比较坚固的岩石的应力得到释放。有人可能怀疑为什么比较不那么坚硬的岩石不首先断裂呢?这是因为固体的应力并不是均匀分布,往往会发生应力集中的的现象。假如周围都是同样的坚固的岩石,那么能不能在人烟稀少的地方,人为制造一些断裂,也就是使之相对脆弱一些呢?

我曾经有一个直尺做了个实验,弯曲一根塑料直尺,在强光下可以看到在应力集中的地方有很多细小的裂纹,如果继续加大外力,可以断定会在中间的某个地方断裂,但是我们不可能很准的预测它断裂的位置,而只能说在那一段的某个地方;这时我在旁边一处本来裂纹很少的地方用小刀划了几下,这里的曲率相当快地逐渐增加,而原来应力最大的地方却变得平直一些,最后在划痕的地方断裂了。

当然对于大地,制造这个薄弱地点也是个不小的工程。一个笨的办法就是在选好的地方用钻井设备,打出一排深孔在井底实行核爆破。这可能是和平利用核能的一个重要的方面。

即使在一定的条件下,我们无法用小地震化解应力,那么在一个选定的时间诱发地震,让应力释放出来,我们至少可以知道地震发生的确切时间,可以避免人员伤亡。这比预测自然地震发生的时间可靠的多。

我认为这是一个值得重视的研究方向。我们也许可以把这个叫做地震的工程防治,或者简化为地震工程学。

这样做的基础是要对当地的地质结构和应力积累的过程有充分的了解。


要了解应力的演变,我们需要有一个比较完整的监测网络。现有的检测恐怕是不够的。应当充分利用现代科技手段,比如声纳,等等,建立一个能够对应力变化有必要的了解的系统。

而为了了解地质结构,更需要多大量的工作。必要的地质勘探恐怕是免不了的。过去钻井勘探主要用于找矿,现在应当考虑为了防治地震也做一些必要的勘探。最好是设法给地质不稳定的地区做一个CT,比较详尽地了解这里的地壳结构。充分利用地震造成的裂缝(这些裂缝往往裂开之后很快又合拢),向地壳深处投放具有类似GPS定位功能的声纳信号源,用声纳接受他们的信号,就可以判定他们的位置,同时得到地壳结构的信息。

而触发地震,毕竟是要慎之又慎,要保证不会造成不可遇见的灾害。

为此应当先做计算机模拟。现在中国有了超大型计算机,就有了做这个想研究的物质基础。剩下的就是需要新的思想。我认为地震的模拟可以【区域化】。就是把远方的东西忽略。我曾经设想,可以把一个地块定义为一个Object,用一些参数描述它的整体运动和内部的应力分布,考虑相邻object之间的相互作用,他们之间还应当有另一类object,也许可以定义为破裂带,只考虑有级联相互作用的近区相互作用的地块。这有点像气象学中的拉格朗日法(Lagrangian frame)。这是当年学习object programming 的时候的一个想法。

模拟毕竟是模拟。还要用实验来验证。是否可能制作一个万分之一或者五万分之一的模型来模拟地壳的运动?若比例为五万分之一,如果模拟的地层厚度为五十公里(模拟到地幔的上层),就是一米高,把阿坝这个区域模拟一下可以在实验室里实现,一米长在模型上还有0.2毫米,可以表现出来。如果是万分之一,50公里就是十米了,就有些大了,不过规模也还是算是个大实验装置。

当然这个模型也是个很复杂的研究对象。选用什么材料如何控制材料的强度,性质,才能比较逼真的反应地质结构,是个非常有趣的课题。这个课题也可以与新一代沙盘共享。

这肯定是个巨大的工程,当然首先是经费问题。我想四川省,这个近一亿人口的大省应当有能力支持这样一个科研项目。甚至可以以此带动本省科学技术的发展,把可能用上去的高科技用上去,这也可能带动一批产业。如果能够解决这个地震防治的难题,必定可以得到世界范围的市场。

我希望能有地质地震方面有影响的专家出面提出课题,只要立项,坚持下去就应当能有进展。也希望在其他领域卓有成就的著名专家能够跨界提出新的设想,建立新的学科。只要立项,坚持十年二十年,应当有结果的。薛定谔在他功成名就之际就毅然改行,开创了分子生物学这个新领域。LeonCooper,超导的库伯对就是以他命名,也是在成名之后改行开创大脑研究,几十年来成绩斐然。真所谓树挪死人挪活,在学术上也是如此。







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