研究减轻地震灾害的新方法
(一)以模拟和建模方法研究减轻地震灾害
1.通过模拟装置研究减轻地震灾害
开发出世界最大用于减灾研究的地震模拟装置。[52]2005年1月,日本媒体报道,日本是世界著名的地震多发国,全世界震级在里氏6级以上的地震中,20%多就发生在日本。为此,日本投入了大量的人力物力进行防灾科研。日前,世界最大用于减灾研究的地震模拟装置在日本亮相。这个最新设计的设备,能模拟出震灾当时的真实情景,并帮助研究人员找到“盖房子”的最佳方法。
这个模拟装置是一块比篮球场稍小的大水泥板,它能模拟出不同震级的地震的效果。通过研究在这块水泥板上的模型房屋的受损情况,研究人员就能逐步总结出地震时房屋倒塌的原因,并找到令房屋承受地震的破坏性威力的方法。
兵库县防震研究中心在一个研讨会上,向全球地震学家展示他们耗时十年完成的科技成果。同时,联合国还将在日本神户召开减灾世界大会,讨论建立印度洋海啸预警系统和灾后重建等问题。届时,与会的各国领导和气象专家也将一睹这个模拟器的威力。
2.建立有利于减轻人工地震灾害的风险模型
通过建立风险模型研究人工地震灾害。[53]2015年4月,每日科学网站报道,美国地质调查局近日发布报告,公开了一组研究人工地震的初步风险模型,所预测的地震频发区的地面晃动情况。利用该模型,可以估算出下一年人工地震活动频率以及地面晃动的严重程度。
人工地震,是指由人为活动引起的地震,如工业爆破、地下核爆等造成的震动。这份报告集中关注了美国的中部和东部地区,未来还会将美国西部各州的数据纳入研究范围。
2009年以来,美国中东部地区的人工地震活动增加明显。美国地质调查局所列人工地震频率增加的地区,涉及阿拉巴马州、阿肯色州、科罗拉多州等8个州,共17个地区。自2000年以来,其中几个地区经历了比较严重的地面晃动,而且从2009年到现在,这些地区的地面晃动次数有增无减。该报告,是这些地区人工地震风险的第一次综合评估。
美国地质调查局的研究人员通过分析这些人工地震的频率、地点、最大震级和地面运动情况,建立了初步风险模型。该局国家地震灾害建模项目负责人马克·皮特森表示,这些地区的人工地震越来越频繁,给周边居民带来的风险也与日俱增。美国地质调查局正在努力克服人工地震风险评估中的难题,旨在为保障周边居民不受地面震动威胁提供决策依据。
2014年,美国地质调查局更新了美国国家地震风险地图,公布了美国出现的自然地震的危害程度。新的报告,则呈现了在一年期限中,人工地震造成的地面震动强度。这种较短的时间期限是合理的,因为人工地震活动变化速度非常快,而且受制于随时可能发生变化的商业或政策决策。2015年年底,也就是人工地震初步风险模型得到验证后,美国地质调查局将公布人工地震的最终风险模型。
值得注意的是,该报告第一次将工业废水排入废井引发的地震,纳入美国地震风险地图中。关于页岩气开采所用的水力压裂技术,是否是人工地震增加的导火索,仍然有众多疑问,但美国地质调查局的研究则表明,水力压裂过程,有时会成为可感地震的直接原因。
3.建立有利于减轻全球地震灾害的模型
开发出首个伴随层析成像的全球地震模型。[54]2017年4月,有关媒体报道,由于地球内部具有层状结构,科学家们常常将其与洋葱做类比。但是,与洋葱不同的是,为了探索地球的内部动力学,不可能将其像洋葱一样剥开,这迫使科学家根据地表观测对地球内部状况进行有根据的推测。因此,计算机科学家发明了卓有成效的成像技术,为揭开地球内部的秘密提供了可能。
美国普林斯顿大学一个研究团队,通过利用高级建模和仿真技术、地震活动产生的地震数据,以及超级计算机,创建出一幅详尽的地球内部三维图像。法国尼斯大学的专家表示,这是首个没有采用近似值(不同于选择数值法)的全球地震模型,作为地震学界的里程碑事件,其首次向人们展示了利用此类工具进行全球地震成像的价值和可行性:通过253次地震数据和15次共轭梯度迭代绘制出上地幔以上部分的三维图像,包括构造板块、地幔柱、热点等。
该项目的起源,最早可以追溯至20世纪80年代首次提出的地震成像理论。为了弥补地震数据图之间的差距,该理论提出一种称作伴随层析成像的方法,其本质是一种全波迭代反演技术。相比而言,该技术可以利用更多的信息。
但问题在于,这个理论的测试需要超级计算机的支持,因为前向波和伴随波的模拟都是以三维数值的形式进行的。2012年,美国橡树林国家实验室部署超级计算机泰坦为该项工作提供了机遇。在小型计算机上进行尝试之后,普林斯顿大学研究团队通过“创新和新型计算对理论和实验的影响”这一计划,获得泰坦计算机的访问权。目前,研究人员正致力于把计算地震学向更深的极限即核幔边界推进。
(二)研究降低地震强度的新方法
提出用强电磁脉冲作用震源来化大震为小震[55]
2005年5月,有关媒体报道,俄罗斯科学院院士、俄库尔恰托夫研究所国家科学中心主任维利霍夫领导的研究小组提出,利用磁流体动力发生器产生的强电磁脉冲,对可能发生地震的区域进行作用,可以降低地震强度,减少地震造成的损失。
该研究小组是在研究了地壳上层(15米深范围)小型地震源周围的状况后,得出上述结论的。该研究小组认为,所有地震都有明显的前期准备周期,在这一段时间里,地壳表面开始出现小小的裂缝和碎裂,地壳中产生的构造压力使岩石出现移动变形,地下水开始渗透到所有的裂缝中,而震源区裂缝中的水的移动将伴随地震的产生,地下的这些变化可以通过现代电磁技术设备记录下来。
研究人员发现,即使很少的水渗透到被电磁作用下的裂缝中,也能引起地震。因此,通过磁流体动力发生器产生的强电磁脉冲,可以把地震震源的水带入运动状态,使大地震源分散成一些比较小的地震源,改变地震在时间和空间上的分布,从而降低地震强度,减少地震造成的损失。据悉,俄研究人员已在许多实验场上成功地进行了多次这样的实验。
研究人员认为,如果将该方法和预测地震的数学模型结合起来,就可以很现实地降低地震的强度。