作者:马翰青 来源:中国科学报 发布时间:2012-1-19 8:42:09
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日本开展地震对土壤影响研究
 
日本“3·11”地震是有记录以来震级最强的,因为它冲击了世界上监测最多的地震带之一,这次自然灾害为科学家提供了重要的有关9级地震的稀有珍贵数据。在获取这些新数据之后,表面岩石和土壤对强烈的冲击的反应状况,是首要研究的课题。
 
美国佐治亚技术研究所的科学家从多个测量站的数据分析发现,地震削弱地下物质高达70%,地壳顶层的土壤非线性响应模式,有助于了解地表之下很深断层的震动如何传递到房屋、桥梁和其他建筑物。
 
认知大地震对土壤的冲击状况,对于工程师和建筑师设计未来建筑,来应对如此规模地震加速度的承受能力是非常重要的。这些信息也将有助于地震学家开发新的模型来预测这些罕见的、非常强大的灾害所造成的效应。
 
佐治亚理工学院地球与大气科学学院的副教授Zhigang Peng认为,土壤强度的非线性程度是有史以来观测到最大的,因为这次地震产生的地面震动的加速度高达地球引力的3倍。
 
Peng教授和他的研究生是首批来调查地震仪记录高质量数据的科学家,这是日本强震网络KIK-Net的一部分。观测站都在地表上和深层基岩钻孔上设置了加速度计。研究人员从6个站的表层土壤层和下伏基岩之间的强速度对比研究中,遴选需要的研究数据。
 
在这项研究中,他们试图通过研究土壤的非线性和地面峰值加速度(PGA)之间的关系了解控制的土壤响应的参数到底是什么?从基岩上的传感器和表层传感器获取运动加速度数据,通过对这二者数据的比较,他们能够去研究地震是如何改变土壤属性的。研究人员计算了每站点测量的每一对光谱数据的比值,基于比值来跟踪不同地点的、不同的PGA状态下的土壤反应的动态变化。
 
在强烈震动的时候,土壤的切变系数大概降低了将近 70%,通常来讲,在表面附近,有土壤和好几层沉积岩岩石,在这下面是比表层更加坚固的基岩,当地震波来的时候,最上层的土壤能增强地震波。从土壤的非线性的反应是不寻常的,虽然,很少依靠他们的构成,但在其他的地震预测区(如加利福尼亚和土耳其)类似但规模更小的效应已经发现。地球上层地壳浅层由稀少的土壤类型、砾石、黏土颗粒、沉积层中较大的岩石组成。
 
“3·11”地震持续时间特别长,所产生的范围也非常广泛、强度的变化也特别大,因此,它为感兴趣的科学家在研究非线性土壤反应研究,提供了一个前所未有的数据集。除了最强冲击的即时效应,研究人员感兴趣的是地震过后土壤如何恢复自己的功能。其恢复时间从2年到几年不等。(马翰青)
 
《中国科学报》 (2012-01-19 A2 国际)
 
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