[發明專利]一種防止火山噴發的隧道結構及方法

無效

• 申請號: 201310232984.1
• 申請日: 2013-06-13
• 公開（公告）號: CN103306686A
• 公開（公告）日: 2013-09-18
• 發明（設計）人: 陳鋼
• 申請（專利權）人: 陳鋼
• 主分類號: E21D9/14
• 分類號: E21D9/14
• 代理公司: 上海漢聲知識產權代理有限公司 31236
• 代理人: 胡晶

技術領域

本發明涉及自然災害的預防領域，特別涉及一種防止火山噴發的隧道結構及方法。

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背景技術

“超級火山”（supervolcano）一詞出自BBC的一部文獻片，該片分析和預測了未來黃石火山爆發的過程和后果。?2008年2月?“Elements”雜志超級火山專輯，綜述了同超級火山爆發有關的各方面的學術研究，包括超級火山歷史，爆發形式，熔巖室分析，火山口大小，噴發的強度和持續時間，爆發前預兆，爆發動力過程，以及產生的影響和后果。最近發表的E.A.?Parfitt?和L.?Wilson的著作《Fundamentals?of?Physical?Volcanology.》詳細描述了火山爆發的物理機制和模擬方法。

世界上大約有總計47個超級火山。超級火山的研究最早可以追溯到van?Bemmelen在1949年對Toba湖所做的研究。“超級爆發”（supereruption）一詞通常被定義為火山爆炸指數VEI達到8級以上，并且熔巖噴發量達到450立方公里以上（等價于火山灰覆蓋面積達1000平方公里以上）的火山爆發。火山灰的沉積物主要由火山碎屑流（pyroclastic）物質組成，它們的密度遠低于熔巖的密度，而體積則比后者要大3倍。最大的超級火山噴發可以產生多達4500立方公里的熔巖。“超級火山”定義為至少產生一次超級爆發的火山。類似黃石火山這樣的超級火山所噴出的物質可以比1980年爆發的圣海倫火山多一萬倍。超級火山的外表是地表面的一個巨大的凹陷區域，面積可達100平方公里。

請參考圖1，火山爆發的根源是地下熔巖室中的熔巖順著一根上升的管道（垂直噴發通道）涌到地面，突破地表的阻力而產生爆炸的過程。在這個過程中，熔巖內部的高壓氣體在接近地表時，由于壓力突然降低而被釋放出來，產生巨大的爆炸。熔巖物質的流動性越差，那么熔巖中的氣體就越是難以溢出，因此最終的爆炸也就越強烈。超級火山的熔巖室通常由兩種熔巖構成，底層部分主要是玄武巖（basaltic）巖漿，它們是爆炸的主要驅動力。熔巖室的上層主要是粘度很高的流紋巖（ryholitic）巖漿，它們是爆炸物的主要成分。火山爆發或者是由于地表壓力減少，或者由于地底的壓力增大而引發。

超級火山爆發將帶來大規模的破壞。爆炸中心幾千平方公里范圍內的生命將被溫度高達400度到800度的火山碎屑流殺死。火山灰的覆蓋面積可以達到整個大陸（continent）。飛機的飛行將受到嚴重影響。在厚度超過10厘米到15厘米的火山灰將會壓垮房屋屋頂。一厘米厚度的火山灰就會對農作物的生長造成危害。水源的污染將使水電站和核電站關閉。火山物質中的硫黃氣體將會在同流層中轉變成硫酸顆粒，并停留數年，從而使全球氣溫下降10度，恢復期可能會長達10年。熱帶雨林會被低溫氣候和減少的降雨量所摧毀。這個火山冬天將在世界范圍內造成大范圍的饑荒，人類社會活動的基礎結構將在幾個月到幾年的時間里停止運轉。因此，必須提供一種防止或者延遲火山噴發的方法。

由于火山爆發時由于熔巖室內的熔巖積累過量而引發的，那么，只要能夠把熔巖從熔巖室中排出，減輕熔巖室上方的壓力，那么就有可能防止火山爆發。

Stratford提出過一個防止火山爆發的專利“Magma?evacuation?systems?for?the?prevention?of?explosions?from?supervolcanoes,?United?States?patent?20030145592”。他的主要思路是從火山熔巖室的上方打一口井通往火山熔巖室，從而把火山熔巖通過這個井口排出。我們認為這類提議的可行性比較差：如果豎井的直徑過細，那么熔巖會很快把這個井給堵塞，如果太寬，那么有可能引發火山爆炸。

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發明內容

本發明針對現有技術存在的上述不足，提供了一種防止火山噴發的隧道結構，通過引導出熔巖室內的熔巖至地面或存儲在隧道內部，從而減少熔巖室內的壓力，有效延長和防止火山噴發。

本發明通過以下技術方案實現：

一種防止火山噴發的隧道結構，包括一隧道，隧道的一端連接一火山內部的熔巖室，另一端遠離熔巖室并連接地表外部，以引導或容納熔巖室內的熔巖，以減輕火山口上方的壓力；

其中，隧道的長度為火山垂直噴發通道的20-40倍，橫截面積為50-150平方米，深度為地下5-10公里的隧道，隧道為水平隧道，或在離開熔巖室后逐漸向上，或逐漸向下然后向上的形狀。

較佳的，隧道包括若干樹狀分支，用以引導或容納熔巖。

較佳的，隧道均勻分布在熔巖室的四周。