《流浪地球 2》杭州真的适合建造地下城吗？地质条件允许吗 ...

非究思身

《流浪地球 2》杭州真的适合建造地下城吗？地质条件允许吗 ...

回忆还是面包傲

杭州本身的地质条件中等，无大型活动断层，无大型地震带，距离板块边界距离约500公里，较为安全。
就地质条件来说，是不错的。但挖地下城的深度远远大于我们目前的普通建筑，地下5千米的温压条件与地下100米的温压条件相差巨大。
按中国东部通常的地温梯度  3-4度/100米，也就是30-40度/千米测算，5千米深度约为165-215度（假设近地表恒温带年平均温度，为15度）。
按岩石平均密度2.7吨/立方米测算，5千米深度的岩石压力约26.5Mpa，也就是每平方厘米265千克的重量。
在这种温压条件下，建设地下城需要使用抗高温高压的机器人，其条件比在月球和太空中的要求更高。
在165度的高温和26Mpa的压力下，如何挖掘空间，如何铺设建筑材料，如何隔温保护居住者，如何提供淡水来源。。。我暂时还想不出来。

失室创

来抛个砖。
本文不讨论《流浪地球》中的行星发动机等科学设定是否合理，没必要纠结岩石圈的强度是否能够支撑发动机的运行，不然故事便无法展开了。毕竟科幻小说不是写科学论文，想象力不应被现有的科学认知完全束缚。
在此基础上，试分析杭州现有的地质条件是否适合建造地下城。



电影《流浪地球1》

呃……，不过，《流浪地球1》貌似已经回答了这个问题。
书中[1]提到的地下城，建在地下500米深。

我们就这样开始了地下的生活，像这样在地下五百米处人口超过百万的城市遍布各个大陆。

《流浪地球1》电影剧照，2019

此前我在安徽铜陵体验过1公里深的矿井，地下「阡陌交通」，大卡车满载着矿工，风驰电掣，毫无压力。
但在电影《流浪地球1》的设定中，北京地下城却位于地下5000米。



《流浪地球1》电影剧照，2019

当前，我们通常所说的「城市地下空间」，即使深层空间域也不超过100m。
主要有以下几类显著影响的三维评价因子：地形地貌、岩土体工程地质特征、水文地质、不良地质作用以及地层三维结构[2]。浅表的影响因素，仅以《流浪地球》中「逃逸时代」的技术，都不是事儿。
最令人担心的，是「流浪地球」计划对于地球板块构造运动的影响，是否会威胁到地下城的安全，主要体现在地壳运动和岩浆活动。



《流浪地球1》电影剧照，2019

1.杭州是否适合建造行星发动机？

在讨论地壳活动之前，需要先分析一下杭州地区是否适合搭建行星发动机。
因为，《流浪地球》电影里，杭州地下城的正上方就是行星（地球）发动机。



《流浪地球1》电影剧照，2019

大刘把地球发动机安装在相对「完整坚实的板块」。

地球发动机安装在亚洲和美洲大陆上，因为只有这两个大陆完整坚实的板块结构才能承受发动机对地球巨大的推力。地球发动机共有一万二千台，分布在亚洲和美洲大陆的各个平原上。

《流浪地球1》电影剧照，2019

但这些板块看似完整，其实也是由许多碎块拼接而成的，这些拼接带最终成为了造山带，如下图[3]中的亚洲：



亚洲大地构造简图 | 图源：Metcalfe et al.，2021

这些次一级的小板块，又由更小的地块拼接而成。
而杭州地区，正好位于扬子板块和华夏板块古老的拼接带上，如下图[4]。



华南地区构造简图 | 图源：马军伟 等，2022

杭州东南侧的江山-绍兴断裂带，就是华夏板块的西北边界。
而且，杭州湾断裂横贯东西，深部地球物理资料揭示出该断裂对应明显的重力梯度带[5]，是一条基底断裂。



浙江省布格重力异常的5阶小波细节图 | 图源：杨文采 等，2022

杭州湾断裂的北部是杭嘉地块，可能包含扬子和华南的结晶基底碎块；
江山-绍兴断裂带以西，是由古生代地层和结晶基地碎块所组成的陆内褶皱造山带[6]。
东西向构造与北东向构造在杭州附近交汇，地壳不同深度的地球物理资料[5]更加体现了杭州地区地壳物质组成的复杂性。



图源：杨文采 等，2022

在深部地质构造如此复杂的地区，我相信即使在《流浪地球》的设定中，也很难抵抗行星发动机强大的推力。
此外，杭州乃至中国东部沿海的大部分地区，地壳厚度比较薄（见下图[7]），建造行星发动机的地质条件显然不如中西部地区。



西太平洋洋－陆过渡带地壳厚度 | 图源：姜素华 等，2017

不过，书中貌似没有杭州行星发动机的设定。
我们假设杭州地下城正上方没有发动机，那么其他地区的发动机也会导致地壳活动的加剧。
2.地壳活动加剧

地壳活动最直接的体现是地震。
冰川的增加与消逝、旱季和雨季、甚至是台风强弱，都能微弱影响到特定构造背景的地震活动[8]。
更别提《流浪地球》设定中巨大的「地球发动机」。

我们首先近距离见到了地球发动机，是在石家庄附近的太行山出口处看到的。那是一座金属的高山，在我们面前赫然耸立，占据了半个天空。同它相比，西边的太行山脉如同一串小土丘。有的孩子惊叹它如珠峰一样高。……这台发动机的高度是一万一千米，比珠峰还要高两千多米，人们管它叫“上帝的喷灯”。我们站在它巨大的阴影中，感受着它通过大地传来的震动。

可想而知，地球发动机巨大的推力，势必造成地壳活动加剧，从而会引发地震。



《流浪地球1》电影剧照，2019

（1）活动断裂引发地震
现今的地震主要由活动断层引起，在杭州地区并不算非常发育，活动性较弱。



泛长三角地区主要活动断裂与地震分布 | 王浩男 等，2016

杭州地区的历史地震，震级普遍非常小[9]。
图中最粗红的北东向红线是著名的郯庐大断裂，距离杭州不近也不远。
不近，是因为郯庐大断裂活动时，对杭州的远程影响不会太大。
不远，是因为如果附近有地球发动机，或许郯庐大断裂可以通过走滑活动，卸去集中的地壳应力。

（2）古老断裂活化引发地震
有些断层，最后一次活动的时代过于久远，大多已与围岩坚实程度无异。
然而，如果施加的外力较大，尤其是在刹车时代，地球发动机斜向制动，巨大的剪应力又可能导致古老的断裂带或隐伏断层再次活化。
杭州附近完全具备这些条件，例如上文提到的江山-绍兴断裂带和杭州湾断裂等。
此外，杭州湾地区及其外侧的东海陆架盆地，巨厚的沉积物中隐伏大量的伸展断层[10]，这些断层很有可能再次活化、反转。



西湖凹陷杭州斜坡带地震反射特征及断层解释 | 王欣 等，2022

因此，虽然杭州并不处于地震频发的构造活跃带，但是《流浪地球》中地球发动机极有可能导致地壳活动加剧，从而触发杭州及其邻区古老断裂带的活化，地下城的建造需要规避这些风险。

3.岩浆活动加剧

地球发动机势必导致地壳活动加剧，可能会触发深部岩浆活动。
火山活跃的地区主要分布在大洋中脊、俯冲带、以及少部分板块内部。



板块构造边界与火山活动 | Earth Science[M], 2017.

这里忍不住不吐槽一句，《流浪地球2》中，将东京设为全球互联网跟服务器的大三基地之一，极为不妥！
从大地构造背景来说，杭州地区远离洋中脊，距离最近的琉球俯冲带也间隔着开阔的东海大陆架，当前该地区的深部岩浆活动并不活跃，理论上受到岩浆侵入的威胁较小。



中国主要活动火山分布 | 图源：地图会说话

通常，地下越深，温度越高，乃至岩石出现部分熔融，熔体汇聚形成岩浆。
从深部地壳来看，杭州所在的地质单元，其深部潜在的部分熔融层可能出现在中地壳，约地下20km。因此，深部岩浆活动无法影响到500米（或5000米）深的地下城。



从屯溪到温州的地壳地震波速度剖面图 | 来源：Zhang et al., 2008；转引自：杨文采 等，2022

但是，一旦地壳运动加剧，深部的岩浆很可能沿着断层上侵到浅表几公里深处，甚至喷出地表。
此时，覆巢之下，安有完卵。



岩浆上侵过程垂向剖面 | Bachmannand Huber, 2016

而且，流浪的地球不再是正常的地球。
书中明确提出：

由于地球发动机产生的加速度及运行轨道的改变，地核中铁镍核心的平衡被扰动，其影响穿过古腾堡不连续面，波及地幔。各个大陆地热逸出，火山爆发，这对于人类的地下城市是致命的威胁。从第六次变轨周期后，在各大陆的地下城中，岩浆渗入灾难频繁发生。

《流浪地球1》电影剧照，2019

书中主人公「我」的母亲也是死于岩浆侵入地下城。

我到地面两个半小时后，岩浆就在五百米深的地下吞没了整座城市。我心如刀绞地想象着妈妈最后的时刻：她同没能撤出的一万八千人一起，看着岩浆涌进市中心广场。

此外，地球发动机的高度远超过珠穆朗玛峰，加之巨大的垂向推力，根据地壳均衡原理，其深部会形成山根，从而扰动地幔对流作用[11]。而且，地球流浪过程中主要驱动北半球的发动机，这必将造成全球地幔流动的失衡，导致板块运动和火山活动的加剧。例如，北美的黄石火山估计绷不住了。
整个移民过程，从太阳系到比邻星系，仅有两千五百年的时间，对于一般条件下地核和地幔运动；来说，微不足道。但是，这是刹车停止自转、脱离太阳系的流浪地球，不能以常理对待。



《流浪地球1》电影剧照，2019

全球性的地震、岩浆活动，难以避免。

现在，各大陆的地下城已成了一座座骚动的火山，随时可能喷发。

这时，整个地球全部乱成一锅粥了，地下城建在哪里已经无所谓了。

总结

流浪地球计划，会导致全球性地壳运动和岩浆活动的加剧，杭州地区地壳结构复杂多变，即使在尊重《流浪地球》科学设定的前提下，地下城建在杭州也不是最好的选择。





《流浪地球1》电影剧照，2019

八块田确

地质条件是否允许取决于技术水平

刘晨阳1

北京地下城深度在5000米，估计杭州地下城也差不多


所以……怎么着也是基岩里了，跟“杭州”已经没啥关系了
只要别遇到岩浆就随便建吧，反正科技已经黑到这份上了
（正好中国东部大部分地区5km深度没有岩浆房）