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咱目前的实验室在哪里? 精选

已有 5746 次阅读 2019-3-13 08:30 |个人分类:科研随想|系统分类:科研笔记| 实验室, 地球

看到这个题目,估计好多人会认为咱是不是吃饱了撑着了,自然会问:你的实验室不在实验楼或实验基地或野外观测站,还能在哪里?

咱小团队以前确实有个物理模拟实验室(图1),可用于模拟研究基坑与斜坡的变形破坏机理。然自从2009年我们转向地震物理预测研究以来,该实验室几乎已无用武之地;再加之长期无有关科研任务支撑,已处于荒废状态。一般说来,做科研离不了实验室,那么咱目前的实验室在哪里呢?别急,听咱慢慢道来。

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1 物理模拟实验室的仪器与装置

我们的研究表明,大地震的发生源自于孕震断层锁固段的脆性破裂。天然锁固段以大尺度、扁平状为几何特征,且承受极其缓慢的构造应力加载,这使其具有强非均匀性与低脆性的特殊属性。然而,室内岩样力学试验,通常采用高径比为2.0小尺度圆柱岩样,这将导致较低的非均匀性与较高的脆性另一方面,室内试验对岩样的加载速率较高,这也将导致较高的脆性。由此看出,岩样与锁固段在非均匀性与脆性方面的显著差异,决定了通过室内试验寻找大地震前兆的努力,是不可能成功滴。那么,岩样和天然锁固段承受的加载速率有多大差距呢?我们看一组数据。室内试验加载速率的下限通常为10-7/s,而陆岩石圈内岩石变形的应变率量级通常低于10-10/sCarter et al.,1987);室内蠕变试验仅持续数天或数周,而天然锁固段从体积膨胀点到峰值强度点的演化通常为数十年至数百年。

实现如此低的加载速率,目前在技术上难以做到。即使技术上能做到,也没有人愿意做这样长期“不出成果”的试验。既然如此,咱活人总不能被那啥憋死吧。嗯,一拍大腿,恍然大悟脑袋开窍有了:常发生地震的地球,不就是一个研究地震前兆模式与演化规律的独特天然实验室嘛。

看看这个实验室有什么样的实验设备和实验条件。(1)加载设备:地幔热对流驱动的构造运动(图2),无需花钱购买。(2)加载方式:通过GPS监测和地震活动性分析,推测为“阶梯状”加载。(3)样品:被大断裂围限的构造块体(地震区)。诸多学者通过不懈努力建立了板块构造理论且已获得丰富的断层资料,为划分地震区奠定了地质基础。(4)数据:前人已积累了长达约12000年的海量地震数据(地震目录)。我们可通过理论模型揭示这些数据反映的大地震孕育规律。咱利用这个天然实验室,依靠勤劳的双手和不算太笨的大脑,提出并初步证实了锁固段理论。荀子曰:君子生非异也,善假于物也。”这话说得好,每个人在科研中取得的一小步或一大步进展,正如牛顿所言“是因为站在巨人的肩膀上”。没有前人的贡献和基础资料积累,何谈突破!

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2 地幔热对流驱动的板块运动示意图(来自网络,无商业目的,在此致谢!)

记得在2014年的某一天,咱和同济大学的某教授聊天时曾说过:“对涉及到大尺度空间范围、长时间尺度的自然对象——如地震,欲搞清其演化的本质规律,仅靠盲目调参数做室内试验是远远不够滴,还需要地球这个天然实验室的强力支撑。为此,要多去野外考察从地质构造活动行迹中以古论今;要深入分析地震与断层活动性的内在关联以明确发震载体;要多思考室内试验结果与地震现象的差异性以找出问题所在;要把观测、推理与验证统一在普适性的理论框架上。在科研中自觉师法自然,才可能避免陷入某些研究误区,才可能一通百通,才可能找到隐藏在‘黑暗’中的自然规律。”

近些年,我们通过地球这个天然实验室掌握了诸多地震的“脾气秉性”,架起了理论模型与地震真实表现行为的桥梁,这是室内实验室难以胜任滴。依靠该免费的天然实验室,并结合逻辑推理与室内试验提供的线索,可不断深化我们对地震产生过程的认识,进而改进和完善锁固段理论。

参考(略)




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