地球內(nèi)部發(fā)生劇烈變動(dòng)（如斷層突然滑動(dòng)或火山活動(dòng)）后，地表會(huì)隨之出現(xiàn)強(qiáng)烈震動(dòng)，這就是地震現(xiàn)象。地震會(huì)引發(fā)諸多次生災(zāi)害，如爆炸、火災(zāi)、海嘯、洪水、泥石流、傳染病等，對(duì)人類(lèi)社會(huì)的破壞和影響極大，而砂土液化也是其中之一。

被淤泥淹沒(méi)的金田村和草灘村救援現(xiàn)場(chǎng)

被搖成“液體”的砂土

埋藏較淺的飽水松散砂土（包括不同粒徑的礫石和更細(xì)的泥土）遭受強(qiáng)烈振動(dòng)（如爆破、地震、機(jī)械爆破等）時(shí)，顆粒間的位置迅速調(diào)整，失去粒間的接觸壓力和摩擦力，有被振密的趨勢(shì)。顆粒間的孔隙水壓力急劇升高，快速聚集、擠出，砂粒們不再互相接觸，而是隨著水流不斷翻滾，固態(tài)砂土變成了液態(tài)混合物，這個(gè)過(guò)程叫作“液化”或“流體化”。

液化后的混合物會(huì)向壓力低的一方運(yùn)動(dòng)，若地下有合適的通道或洞穴，混合物會(huì)涌向這些地方。當(dāng)它們沿一定的通道涌出地表，呈現(xiàn)噴砂冒水的狀態(tài)時(shí)，人們會(huì)形象地將其稱(chēng)為“砂涌”。有時(shí)，它們還會(huì)在地表形成火山錐一樣的形態(tài)，被稱(chēng)作砂火山。

雖然砂土液化的成因多樣，但地震造成的砂土液化范圍最大、后果最嚴(yán)重，它們?cè)诹鲃?dòng)過(guò)程中會(huì)破壞沿途的地貌景觀(guān)和人類(lèi)建筑，嚴(yán)重的還會(huì)造成人畜傷亡。

因其形態(tài)和泥石流十分相似，所以經(jīng)常難以分清。二者最大的區(qū)別在于水的來(lái)源：泥石流中的水來(lái)自暴雨、冰川融水、堤壩垮塌等地表水；砂土液化的水則來(lái)自地下砂土層中固有的孔隙水。其次，泥石流多發(fā)于山洪溝或周邊的斜坡，較易根據(jù)發(fā)生區(qū)域進(jìn)行判定，而砂土液化的判定則更加復(fù)雜。

如山洪般傾瀉的“野獸”

以2023年12月18日甘肅省臨夏州積石山縣的6.2級(jí)地震為例。根據(jù)應(yīng)急管理部大數(shù)據(jù)中心的無(wú)人機(jī)遙感影像，距震中約20千米的青海省民和縣草灘村與金田村被大量淤泥覆蓋，淤泥有約3米厚，面積達(dá)1.2萬(wàn)平方米以上，而這就是砂土液化的惡果。

成分復(fù)雜的沉積物

這些淤泥并非直接來(lái)自草灘村和金田村的被淹沒(méi)區(qū)，而是來(lái)自距兩村北側(cè)3000～4000米的高臺(tái)。這里的沉積物成分復(fù)雜，既有黃河故道或古洪水期堆積的泥砂，也有風(fēng)成（風(fēng)對(duì)地面物質(zhì)進(jìn)行吹蝕、搬運(yùn)和堆積作用形成）的黃土，但最主要的成分式來(lái)自周?chē)襟w風(fēng)化后的泥沙礫石，被地表流水?dāng)y帶而來(lái)。這處盆地在幾十萬(wàn)年間不斷堆積，形成自外圍向中心明顯變低的緩坡?tīng)畹孛病?/p>

飽水的砂土層

盆地外圍北側(cè)的山體主要由漸新統(tǒng)（距今約3300萬(wàn)～2300萬(wàn)年）的紫紅色礫巖、粗砂巖和砂巖構(gòu)成。這些巖石風(fēng)化后堆積于盆地，形成的砂土和砂礫層內(nèi)部存在大量孔隙。周?chē)襟w、盆地表面的降水和地表的灌溉水都滲入了地下，長(zhǎng)期聚集在砂土層中。

地震發(fā)生時(shí)，地下飽水的砂土層瞬間液化，其上部的松散沉積物隨之塌陷，與液化的砂土混合在一起，洶涌著匯向下方的村莊。因其侵害過(guò)程與泥石流有些相似，所以有人將其稱(chēng)作“地震-泥流”，但本質(zhì)上，它是因砂土液化引發(fā)的滑坡現(xiàn)象。

砂土液化是地震常見(jiàn)的次生災(zāi)害，科研人員在大量的觀(guān)察和實(shí)驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)，一般大于里氏5級(jí)的地震就可以造成震中附近飽水砂土的液化。

科技不斷發(fā)展，新技術(shù)和新設(shè)備不斷出現(xiàn)，正在幫助地質(zhì)工作者更好地檢測(cè)易出現(xiàn)砂土液化現(xiàn)象的區(qū)域。

責(zé)任編輯｜趙青云

運(yùn)營(yíng)編輯｜趙青云

質(zhì)量審核 | 王維嘉 李雅欣

圖文來(lái)源 | 《知識(shí)就是力量》雜志《砂土液化 藏在地下的“兇器”》，撰文/蘇德辰 ，原文有刪改，原創(chuàng)作品轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明來(lái)源。

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