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幸免汶川地震:成都有一顶躲开地震的隐身斗篷 精选

已有 21575 次阅读 2018-5-20 00:01 |系统分类:科普集锦

附:因为有秦先生的质疑,我另外开了帖子回复,但读者阅读很不方便,我就直接在文章后面加段落回复吧,希望不要因为太长而辛苦了大家。

我的原文是写成通俗读物的,对第一封质疑文章的回复稍微讲一点物理和力学的常识,对第二封质疑文章的回复针对秦先生自己给出的论据和观点进行了具体批驳。

我的回复可以用一个问题来表达,请读者自己思考:“离震源有一定距离的成都,是建在另一个活跃断层上比较安全,还是建在一个较完整的岩层上比较安全呢?”

正文


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图1 地震隐身斗篷的通俗读物用的示意图

     2008515日,也就是汶川地震3天,四川省科技厅召开的紧急专家咨询会上气氛凝重,会议的唯一主题就是:“成都居民是否要疏散、搬迁”!

三天前的5.12汶川8.0级大地震就发生在成都西北70公里处,出人意料的是,成都并未发生灾难性破坏。然而谁能保证总是这样幸运,如果短期内再次大震,或剧烈余震,万一这次人口超1500万的成都未能幸免,发生恶性灾难,那么后果不堪设想。这种情况下,省科技厅冒着余震召开群英会,厅长亲自坐镇,一定要拿出一个明确的结论来!

讨论中各抒己见,发言的学术水准也不可谓不高,然而这不是科技厅要的,它要看的不是发言水平,是一个可以对全国人民负责的结果:成都居民到底要不要搬迁?

如果决定全体搬迁,疏散,经济损失不可估量,交通可能发生极度混乱,混乱中的恶性意外事件甚至群体事件难以预估和控制。

如果决定不搬迁,一旦地震摧毁成都,这个责任谁也担不起,这个恶名谁也抗不住。

这时,厅长拿出了杀手锏:“逐个点名,挨个表态!”

知道厉害的专家们马上安静了下来,一些专家甚至院士也拿出了绝招:“上厕所!”前面一个个座位都空了不少。

在厅长一筹莫展的时候,一个头发散乱、衣着破旧的白发老人站了起来,斩钉截铁的说:“不用搬!”

大家全都惊呆了,厅长也愣住了。

在这样的场合下,最好是不发言,如果发言,一定要打太极,说一些看似考虑很周全的、很辩证的话,给自己留有充分的余地。在周全的话中,最好是要强调危险,这样自己才能安全。

听到如此清晰、明确、不给自己留余地的发言,全场都把目光汇聚到老人身上。只见他缓缓道来:“成都周围有着一个很厚、很坚固的花岗岩层,把成都与四川的各大震源隔开。花岗岩内地震波的传播很快,地震波传来后,就会沿着花岗岩层绕开成都,使得成都免遭烈性灾难。”这就是后来被他称之为“成都有一顶地震隐身斗篷”的论述。

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图2:汶川地震烈度分布图

让我们来看一看5.12大地震对周边的影响严重程度,也就是“地震烈度”。所谓地震的“震级”(比如5.12大地震是8度),指的是这次地震释放的能量。而“地震烈度”是指发生地震时,某一个地方的地表感应强度。同是8级地震的汶川地震发生时,离震源近的地方,地表感应强度大,远的地方感应强度小,这就是所谓的“地震烈度不同”。地震烈度对照表可见文章末尾的附图。

事实上,5.12当日的地震烈度实测数据,以及10年来成都无大震的结果,都完全符合老人家的结论。5.12汶川地震发生时,震中附近的地震烈度已经达到了可令山川易变的11-12度,而且烈度超过11度(至少毁灭性破坏)的区域分布在超过两百公里长的狭长范围内,并且恰好与成都地区的近乎圆形的区域相切,完全避开了成都。成都当天的地表感知烈度只有6级偏上(仅仅是站立不稳),局部刚到7级(仅仅烟囱破坏,房屋轻微损伤)。如本文第二张图所示,恶性破坏的地震响应,顺着成都周围的花岗岩层,简直就是完美的绕开了成都,这就好比成都穿了一个可以不被地震波发现的隐身斗篷,在地震来临时,地震波找都找不到它,没法对他进行毁灭性打击。

地震波为什么会沿着花岗岩绕开成都呢?因为,地震波喜欢走容易走的路。就像电流一样,灯泡有电阻,直接接在电路上,电流经过灯泡就能发光。但一旦在灯泡两端用导线把正负极给接上,灯泡就被短路了,因为导线的电阻很小很小,电流容易流过去,于是电流就大部分只走导线,不走有不容易走的灯泡了。也好像一条河流,分成两支,一支很宽,一支很窄,大多数的水,当然不会去挤在狭窄的那条河道,会走宽的那条。地震波也一样,成都正下方是软软的土层和沙砾,再下方是完整而坚固的花岗岩层。地震波在土层和沙砾层中传播困难,在花岗岩中传播容易,于是地震波的能量大部分都走花岗岩,而不会从土层和沙砾层中传播到地表,让地面受到烈性破坏了。

回过头来介绍一下这个老人家,他是美国电磁科学院院士谢干权教授,是1970年代早期在封闭的中国独立研发三维有限元、在七十年代到八十年代初期计算了全国各大水坝(包括葛洲坝)、为还非常困难的国家节省了数以亿计宝贵建设资金的功勋学者。1982年,他成为湖南省第一个公派留美博士,后在美国第一颗原子弹的关键计算者、世界著名的数学物理大师Peter Lax课题组做了博士后研究,研究方向就是波动反演(波动就包括了地震波、声波、电磁波,如果具体到地震波反演就是接收到一个地震波,去逆向推算震中和地震传播的过程),学成之后,放弃了优厚的条件回到祖国,为国家服务。

实际上,这不是他第一次地震救灾,也不是最后一次。1976年唐山地震发生后,他从干校中爬围墙出去,自己独自前往唐山灾区,看到了惨痛的一幕,自那时候起,他就决心投身地震研究,而地震研究,需要了解地质状况、地震波的特性,这一切都只能通过接收到的地震波来反向计算。这就是为什么他赴美之后进行波动反演的原因。不仅是汶川地震他立即以最快速度感到,后来的云南昭通地震、江西芦山地震,他都是第一时间赶往灾区。

2008年,他在地震发生后的当天,飞机都停运的情况下,就跑到飞机场要求飞往成都赶往灾区救灾,当时已经没有民用飞机飞往成都了,是当时在国防科大理学院当领导的罗建书教授给谢教授找人安排登上了救灾航班,终于在地震发生的第二天,5.13日飞到了成都。一到成都,就着手如何赶往重灾区实测地震数据,没有去灾区的通行证,进不了灾区,费了一番周折之后,514日他找到一个农民用卖菜的农车把他从农村小道拉进重灾区都江郾。在那里看到了,他含泪看到了中学教学楼倒塌,压埋少年,二千中学生遇艰的惨状,更加坚决地。测量余震数据,算好了震中附近和成都周围的地质结构,5.15就回到成都参加四川省科技厅的专家咨询的群英会。于是有了文章开头的一幕。

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对第一篇质疑文章的回复(回复都引用了原文):

第一篇质疑文章链接:http://blog.sciencenet.cn/blog-575926-1114890.html

不好意思,我觉得您这篇批驳我文章的文章有重大问题:

秦先生的质疑:1、您的倒数第四段说:“如果未来大地震发生在灌县-江油断裂东侧的“隐身斗篷”内,由花岗岩(这个得考证)构成的“隐身斗篷”,可是传播地震波的良好载体,在这样的地层中地震波的衰减较小,对成都的影响将会很大。对这个,估计谢干权教授可能想不到。”

 曹石鼓的回复1实际上,您在假设未来地震发生在较为完整的花岗岩层,而非发生在地层破碎的大型断裂带,这个假设与有关地质应力释放的地质常识相违背。

秦先生的质疑:2、您第三段说:“考虑到汶川地震时成都已经受住了考验,至于应对较小的“余震”更不在话下。所以说,讨论“强余震”的影响,几乎没有必要。” 

曹石鼓的回复2但你这考虑的情况的是“只在同一个震源处发生余震”,但当时需要考虑的更多,需要考虑在其它较为可能的区域是否也会发生较大的诱发性地震,换一个震源,成都的地震响应就可能不同了。因此,当时的会议,是有意义的。

秦先生的质疑:3、您第四段说:“至于汶川地震对成都的影响很小,主要原因在于:(1)地震波主要沿东北方向传播;(2)灌县-江油断裂(见下图)以及盆地内的小尺度断裂起到了对地震波能量的“屏蔽作用”,导致向成都方向传播的能量得以大幅衰减。这些与“隐身斗篷”没有半毛钱关系。” 

曹石鼓的回复3这个缓冲屏蔽作用可以说这是一个因素,但必须与“成都地区较为完整的花岗岩地层”这个条件同时运用才行。你看,连远离震源的重庆都倒了房子死了不少人,如果真纯粹是你说的作用,不涉及到成都本身的地质条件,那说得通吗?

成都地下的花岗岩层,厚度超过45公里,经过龙门山断裂带缓冲之后的地震波在广阔的花岗岩体中传播,可以分散能量,疏导到远处去,而非像底层破碎地带一样进行能量集中释放,地表500米厚的疏松的土壤和沙砾层,再一缓冲,就形成了成都的地质抗震条件。具体到成都本身的地质条件,谢教授的物理图像中,就是指这种“岩体+沙砾土层”的一软一硬的双层结构。

你的第一封回复的最下面又给了图,描述了成都平原也有断裂带,其实你要把图例都拿出来,有的断层是“潜伏断裂带”,有的断层是“早期的已经不活跃的断层”,这些与当代地震活跃的断层是有区别的,要区别对待。不要看到密密麻麻的断层像蚯蚓一样分布,就觉得到处都是活跃的地震发生区了。整体上来说,成都下面的花岗岩层比较完整,这个是没问题的。

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对于第二篇质疑文章的回复

第二篇文章的链接:http://blog.sciencenet.cn/blog-575926-1114933.html

曹石鼓对第二篇质疑文章的回复的核心观点:地震能量在完整的地壳中传播时,随着距离增大,扩散后的能量密度会递减。当在离震源有一定距离之后,最危险的是岩层破碎地带,因为破碎岩层会在断层处进行弹性能的集中释放,产生巨大集中破坏(所谓的河川易景的地震破坏,主要就是指在断层周围进行地震能量集中释放产生的破坏),而岩层保持较好整体性时,动能是较为平滑的分布的,相对安全。你想想看,如果成都市正好处在一个活跃的断层上,那么传递过来的能量,是不是就有在断层处集中释放的危险呢?你为什么不干脆把成都建到断层上呢?

图3 秦先生第一封驳斥文章的地质断裂带图 (秦先生自己这个图就可以清晰看出,成都附近的所谓断层,都是“隐伏断层”和“早、中更新世断层”,而不是“全新世活动断层”或“地表破碎带”)

秦先生的质疑:1.  您睁大眼看看,“隐形斗篷”内没有断裂嘛?您可有邓起东院士主编的《中国活动构造图》?

曹石鼓的回复:您也可以自己睁大眼睛看一看您自己的批驳文章的附图(图3 秦先生第一封驳斥文章的地质断裂带图),成都附近的断层,都是“隐伏断层”,只有龙泉山断裂带算是断裂带,不过也已经是“早、中更新世断层”,不属于当前活跃断层,与龙门山断层(也就是北川-映秀这条线上的几条断层)这种地表破裂带和全新世纪活动断层,根本不可比拟。

就好比混凝土,世界上的房屋上在用的混凝土就没有不带裂纹的,但这种微裂纹(就好比隐伏断层)不是破坏性的破裂区(如同地表破裂带,和全新世纪活动断层),混凝土和地质结构有共同道理的。

秦先生的质疑:2.  从您介绍的情况看,是指龙门山断裂带的地震活动(如果不是,您告诉我指那里?),只要大震不发生在灌县-江油断裂的东侧,再加上震级较小,不可能能对成都有较大影响。因为汶川地震已检验过了。

曹石鼓的回复: 我就是说龙门山断裂带呀。本来大震就不会发生在灌县-江油的东侧啊。我不知道您要攻击我什么。

秦先生的质疑:3.  完整的花岗岩对地震波起不到多少衰减作用,至于远离震源的(原回复遗漏了几个字)重庆房子倒塌,也可能是建筑质量问题,这不能作为依据。

曹石鼓的回复:(1)我感觉您理解有误,我原文通篇没有“衰减”两个字。不知道您在攻击我哪句话?

(2)其实在传播过程中,由于地震波影响区域的几何尺寸的扩散,这个能量密度确实是会衰减。

(3)在离震源有一定距离之后,最危险的是岩层破碎地带,因为破碎岩层会在断层处进行弹性能的集中释放,产生巨大集中破坏,而岩层保持较好整体性时,动能是较为平滑的分布的。你想想看,如果成都市正好处在一个活跃的断层上,那么传递过来的能量,是不是就有在断层处集中释放的危险呢?

秦先生的质疑:4.  如果大地震发生在您说的花岗岩隐形斗篷内,您说对成都影响大还是小?

曹石鼓的回复:我已经说得非常清楚了:

(1)、相对完整的花岗岩层是稳定的,邻近地区有龙门山断裂带这种地质破碎区的时候,震源不会发生在相对完整的花岗岩层,而会发生在地质破碎区。这是基本的能量释放规律。

(2)、所谓的隐身斗篷,是一个形象的说法,它指的是对区域外的地震的起到对区域内的城市的保护作用,你硬要说区域内发生地震怎么办,这不是我们讨论的问题,也不是隐身斗篷这个形象的概念所描述的问题。

秦先生的质疑:回复完,本来就暂时告一段落了,但因涉及到西昌地震区,故再多说两句。曹先生提到的“隐形斗篷”区,有一大部分落在我们划定的西昌地震区(图1),成都位于该区。可以看到,“隐形斗篷”区及邻近区域断裂发育,M≥6.0的地震频发,西昌地震区一旦发生大地震,对成都的影响将会很大。而按照曹先生的说法,有“隐形斗篷”的存在,大地震对成都的影响较小,这可能会误导成都地区的防震减灾工作。 

我的回复:(1)我在昨天跟别人回复的时候已经说得非常清楚了,画的那个圈,是一个示意图,重点是描述出龙门山破碎带的严重破坏带,与成都的方向完全相切。具体的“斗篷”区域大小要仔细考证再说的,我的图标上也写了“示意图”三个字。

(2)你的第一封回复的最下面又给了图,描述了成都平原也有断裂带,其实你要把图例都拿出来,有的断层是“潜伏断裂带”,有的断层是“早期的已经不活跃的断层”,这些与当代地震活跃的断层是有区别的,要区别对待。不要看到密密麻麻的断层像蚯蚓一样分布,就觉得到处都是活跃的地震发生区了。整体上来说,成都下面的花岗岩层比较完整,这个是没问题的。











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