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关于水库蓄水与地震发生之间的关系浅识

已有 9128 次阅读 2017-5-14 10:24 |个人分类:地学问题的浅识|系统分类:科普集锦

关于水库蓄水与地震发生之间的关系浅识

(只是自己目前的一点认识)


俯冲带示意图(图片来自网络,仅用于学术讨论)

这里我以俯冲带地震发生过程为例,根据目前我已经理解的程度,来简单介绍下地震发生的基本过程。

图中一个板块俯冲到另外一个板块下,他们之间的接触面,也可以理解为俯冲断层带。地震前,由于两个板块相互俯冲挤压,导致两个板块的岩石圈挤压应力逐渐增大。由于岩石圈的温度还不是特别高,力学性质以弹脆性为主,因此,等挤压应力累积到一定程度,超过两个板块之间的最大静摩擦力,那两个板块的岩石圈就会发生快速的相对运动,也就是发生地震。这个过程,类似于我们使劲挤压一根筷子,当力量达到一定程度,筷子肯定会瞬间崩断。

因此,一个地方是否发生地震,有如下几个关键因素在影响(或者说控制):

1)地层(或者说石头吧)自身的综合强度,这个取决于地层的类型及本身内部裂隙的多少。比如说是沉积砂岩层的力学强度,总体比火山侵入的花岗岩要弱;另外,如果同样的地层类型,其裂隙越多,综合强度也越弱;

2)地层受挤压程度,这个好理解,挤压越厉害,就越危险;

3)地层内摩擦系数的大小。内摩擦系数越大,同样的挤压力下,其静摩擦力也就越大,抗挤压的能力也就越大(当然一旦发生地震,危害程度也越高)。

4)孔隙水/裂隙水的压力。通常情况下,岩层都存在很大孔隙和裂隙,而且在一些地势低洼地区,岩层孔隙和裂隙中都充满了地下水(称为孔隙水、裂隙水),如果孔隙水/裂隙水的压力增大,有效摩擦力降低,导致抗挤压能力降低,从而在挤压状态不变的情况下,也能发生地震。

因此,水库蓄水,主要不是通过蓄水给地层带来的压力来影响地层是否地震,因为其带来的压力,是竖直方向的,不是简单线性的叠加在水平挤压力上(这其实是一个三维空间应力张力问题,有兴趣的后续再详细解释)。但水库蓄水后,会使得地层内部孔隙水/裂隙水压力增大,降低了地层的有效摩擦力,从而在挤压状态不变的情况下,也能发生地震。

上面这些过程,虽然我用的是文字来定性描述,但其实,现在都在尽力用数学物理公式来定量表述,从而发展起来了岩石物理学和地球动力学等分支。其中,岩石物理学,旨在实验室或者野外原位条件下获取岩石在不同条件下(比如不同温度、压力、饱水度等)的各种物理性质(比如力学强度),然后基于这些基本岩石物性参数,放入地球动力学模型,进行数值模拟,来研究地层在各种构造挤压条件、及天体间引力作用对地球所产生的固体潮下,其内部应力状态随时间如何演化,达到什么条件就开始破裂等过程。(当然,这里只是地球动力学在实际应用中的一个方面而已)。

因此,我是相信,随着大家对地球内部成分、结构等全面探测与认识,对实际地质问题有一个很接近实际的约束后,再结合地球动力学和数值计算,是能够很好的了解清楚:地层从开始受挤压后,其内部应力及其他地球物理和地球化学场随时间演化的过程。

当然,这个过程,不是你我一两句话就做到了,而是需要几代或者更长时间,全球科技工作者共同体,共同努力,才可能攻克的。

理解不到位或有误的地方,欢迎大家使劲拍砖!!!




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