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奥罗维尔大坝也会发生地震

类别:欧宝娱乐地址|准备、风险和危害|诱发地震|水库诱发

2017年2月16日

美国最高的大坝奥罗维尔大坝面临的直接危险已经结束——至少目前是这样。本周早些时候,在大坝下游的费瑟河沿线疏散的超过18万人已经能够返回家园,但位于加州Butte县的这座770英尺高的土坝的未来几乎是安全的。目前暴雨带来的强降雨,春季的融雪,甚至地震都对大坝构成威胁。在之前的博客中,我们以洛杉矶北部的范诺曼大坝为例,描述了地震可能对土坝造成的严重破坏。尽管它的结构不同于奥罗维尔大坝,但它几乎没有经受住来自1971年的圣费尔南多地震。那次地震发生在一个未知的断层上,而奥罗维尔大坝对地震并不陌生——事实上,它自己引发了地震。让我们从头开始。

历史图表显示了奥罗维尔大坝的地震和水位

图1:这是一份60年历史的历史文件,显示了胡佛大坝后面的米德湖被填满所引发的地震活动。黑条表示每年的地震次数(左图)。这条弯曲的线显示了湖中的水位(正确的比例)。1938年,当湖水几乎满的时候,突然发生了地震。

大坝于1961年开始建设,6年后完工,大坝的顶部长近7000英尺。1967年11月14日,最后一条引水隧洞关闭,开始蓄水。1963年,在大坝建设期间,美国海岸和大地测量局的地震学家在大坝以北0.4英里处安装了一个地震监测站。他们使用了当时最先进的地震监测设备。加州大学伯克利分校地震台的专家们——我们伯克利地震学实验室(BSL)的前身——负责分析这些记录。

敏锐的地震博客读者可能会问,为什么要在整个加州已知地震风欧宝体育手机版险最低的地区建立一个地震台。从历史上看,该地区只发生过两次5至6级的大地震,一次发生在1857年1月奥罗维尔市附近,另一次发生在1940年2月以北约40英里处。在大坝附近建造名为ORV的地震监测站的原因可以追溯到近90年前。1926年至1932年,阿尔及利亚修建了奎德福达混凝土大坝。当水库逐渐充满水时,大坝周围地区发生了许多小地震。这些小地震是一个谜,因为就像奥罗维尔周围地区一样,阿尔及利亚的这个地区也不是地震活跃地区。

然而,大坝工程师们注意到了这一点,当胡佛大坝于1931年至1936年间作为美国的旗舰项目建成时,地震传感器被安置在大坝附近。事实上,在胡佛大坝后的科罗拉多河蓄水开始两年后,米德湖周围开始发生大量的小地震。到目前为止,这种将水库水位与当地地震次数联系起来的现象已经得到了充分的研究和理解。它被称为诱发地震活动。

显示ORV站位置的地球图像

图2:这张去年拍摄的谷歌地球图像显示了奥罗维尔大坝和伯克利地震观测站ORV的位置,距离大坝不到一英里。大坝的混凝土溢洪道仍然完好无损。注意湖水的低水位,这是由紧靠水面的棕色浴缸环所显示的。今天,奥罗维尔湖已经满负荷运转。

我们脚下的每一块岩石的孔洞里都含有一些水,孔洞是矿物质成分之间微小的,有时是微观上很小的空隙。当更多的水进入这些岩石时,岩石内部的孔隙压力就会上升,矿物成分之间的距离就会略微增加。然而,如果岩石被休眠的断层穿过,孔隙压力的增加会减少沿断层的摩擦,从而可能导致地震的发生。这就是发生在阿尔及利亚和胡佛大坝背后的事情。蓄水所施加的额外压力改变了岩石孔隙压力,激活了休眠断层。

建造奥罗维尔大坝的工程师想知道这种诱发地震活动是否也会发生在他们的大坝后面,因此他们建造了ORV地震台。1969年7月,该水库首次被填满,此后近6年都没有任何进展。地震传感器没有记录到奥罗维尔湖附近的地震活动有任何上升。1975年6月28日,情况突然发生了变化,湖以南发生了3.5级地震。7月份,同一地区发生了近20次小地震,直到8月1日发生4.7级地震。随后又发生了5.7级地震,加州北部大部分地区甚至内华达州的卡森市都有震感。欧宝娱乐地址地震对奥罗维尔市的建筑造成了轻微的破坏,但大坝没有受到影响。又过了一个月左右,地震群消退了。

为什么奥罗维尔湖过了这么长时间才显示出诱发地震的迹象?这个问题从来没有得到充分的回答,但目前的假设是这样的:在1974/75年的冬天,大量的水从湖中释放出来,为1975年春天的融雪腾出空间。春天的时候,湖水很快就满了。该理论认为,静水压力的快速变化以某种方式影响了湖南部的一个休眠断层。在过去的几周里,湖泊水位也发生了类似的快速变化。经过6年的干旱,湖泊水位急剧下降,但在过去几周内,由于降雨和径流,水位又迅速上升。

所以问题是:我们是否会面临新一轮的诱发地震活动,就像41年前看到的那样?没人知道,但如果发生这种情况,现代化的地震观测站ORV会注意到。53年后,它仍在工作,并将数据传送给车贴标号(见图2)。事实上,在当前的危机中,它灵敏的地震传感器记录了由急流冲下两条溢洪道而引起的地面震动。这些震动如此强烈,以至于它们掩盖了任何可能由微小地震引起的地面震动的微弱信号。(hra136)