Load mobile navigation

美国南加州持续发生四年的神秘地震 科学家终于知道原因了

美国南加州持续发生四年的神秘地震 科学家终于知道原因了

美国南加州持续发生四年的神秘地震 科学家终于知道原因了

美国南加州持续发生四年的神秘地震 科学家终于知道原因了

(神秘的地球uux.cn报道)据美国国家地理(撰文:MAYA WEI-HAA 编译:蔡雅铃):一份对地球地壳内部高分辨率的新观察,指出了造成那2万2000次令南加州不得安宁的微小地震的原因。

2016年年初,南加州一系列群震的发生频率默默地升高。 这些地震并非天天发生,而且规模大多小到人类无感,不过随着一个月一个月过去,这些地震持续发生且次数增加。 到了2018年春天,已经是每个月有数千次小地震发生,有些大到能摇晃台灯,附近居民因而提心吊胆。 虽然过去这四年里总共有超过2万2000次的小地震,然而这些地震的成因却始终如谜。

如今,在一项分辨率数一数二高的群震(swarm)观察研究中,科学家的目光集中到一项可能的成因,这个结果可望协助全世界的地质学家能更清楚大小地震背后的物理机制。 最终,这类研究工作甚至可能改善实时的地震监测。

这项分析使用了一种电脑算法,抽丝剥茧地把小地震发生的时间和地点找出来,最后做出了一张惊人的图片,详细描绘了群震活动沿着蛛网般的断裂面发生的情形。 这张关于群震发展的详细图片,显示出这一系列群震是被自然注入断层系的流体所触发。 这项成果暗示了流体可能也对在世界其他地方测到的群震有所影响──而使用的这种方法对改善全球地震分析也证明是有用的。

「这里面的细节令人难以置信。 」没有参加这个研究团队的伊丽莎白. 瓦那科(Elizabeth Vanacore)说,她是马雅圭斯市(Mayagüez)波多黎各大学(University of Puerto Rico)波多黎各地震网(Puerto Rico Seismic Network)的地震学家。 「这种研究是最先进的,也的确是科学发展的方向。 」

找出一群小地震

沿着断层线的地壳裂隙,曾经被认为只是简单的构造,不过「实际上断层带是非常复杂的地区。 」华盛顿大学(University of Washington)的海洋地震学家爱蜜莉. 罗兰(Emily Roland)说,她没有参加这个研究团队。 有些断层还会弯曲,其它的则在地底交错。 而这项新研究所分析的裂隙则在地底错综复杂地交织在一起,像迷宫般地延伸好几公里。

揭露出了这种复杂的结构的群震,直到2017年才被注意到。 当时一封来自某位好奇市民的电子邮件寄到了南加州地震网(Southern California Seismic Network)的信箱里。 那封邮件是要索取在加州一处人口稀疏地区所发生的一连串小地震的信息。

那个地区乍看之下没有任何特别之处,加州理工学院(California Institute of Technology)的地球物理学家札卡里. 罗斯(Zachary Ross)说,他领导了这份6月18日发表在《科学》期刊的研究。 该区域经常会有小地震,离活跃的圣贾辛托(San Jacinto)断层带约16公里。 然而在深入挖掘该区域的地震史后,研究人员了解到电子邮件的作者是想研究某些现象:在密欣印地安保留区(Mission Indians reservation)的卡维拉带(Cahuilla Band),从差不多一年前,也就是2016年开始出现的一系列沿着它边缘起伏的小地震。

这种小地震形成的群震明显不同于那些大地震,后者经常遵循一种常见模式:在一个强烈地震(或是说主震)发生后,后面会跟着一系列余震。 这些余震的强度和频率在可预测的一段时间内会逐渐减少。

群震完全是另一种地质怪兽,这种事件的发展很少有逻辑可言,而且它们有时候是由数百到数千个强度相近的小型或中型地震组成。 大部分群震是在是在几小时、几天或甚至几个月内突然出现的许多地震。 在波多黎各群震特别常见,这种地震丛发的情况往往持续36到48小时,瓦那科说。

尽管有许多群震都和汩汩作响的火山有关,但也有其他群震发生在离任何重大地层活动都很远的地方。 而这些群震事件造成破坏的可能性不一,从2016年初期持续到去年的卡维拉群震事件里发生了大量的地震──但摇晃程度全都非常轻微,在这四年内从未造成任何重大伤害。

「它们是怎么开始的,以及为什么会这样表现仍有争议。 」没有参与这项研究的加州大学河滨分校(University of California, Riverside)的地震学家阿比吉特. 高士(Abhijit Ghosh)说。

为了详细调查这些事件,科学家需要一种方法能从大量的地震资料中,把所有的小地震找出来。 过去几年来,罗斯和他的同事一直在努力发展各种利用机器学习的能力来寻找和监测地震的新方法。 藉由将人类专家标示好的地震数据输入给神经网路算法,机器能学会从一大堆地震计输出的杂乱弯曲线条里辨认出小地震来。

「我们决定放手让[卡维拉群震]资料集使用这种分析方式。 」罗斯说。

地底下的迷宮

这个团队得到的成果,对于卡维拉群震事件如何发展进行了非常复杂的检视。 研究人员堆断有一个流体──类似水或液态二氧化碳──储集层持续停留在断层结构之下,这些流体多年来都被封锁在断层系之外,不过在2016年时,某种东西破坏了这个岩石分隔,于是流体就注入断层内,既改变了断层系的压力,也滑润了各个裂隙,进而触发了这个群震大约在8公里深处的首次地震。

接下来的几个月里,这个群震就从那个狭窄的起点开始慢慢地向上和向外移动。 一道辐射状的地震前缘沿着地下岩石破裂面成扇形散开──恰好就是流体流散的方式。 有些地震前缘的路径最终消失了,可能是因为流体抵达了裂缝的末端。 其他时候地震似乎会停在一个边界前面,接着先向两旁移动,然后再回到原来的轨迹,就像河流绕过石头那样。

2018年8月,在群震开始将近3年后,一个特别坚实的障碍似乎拦下了流体向上的进展。 地震先是转了个弯,最后才找到一条新路径重新开始向表面蔓延。 而流体就是在那时触发了群震中强度最大的一场地震──地震矩(Mw)规模4.4级,让只要是住在上面的人都能感受到地底传来的晃动。 这个地震是一股对断层系的巨大推力。 」罗斯说,在群震消失前的最后一波能量释放,它引发了这些小地震中的一个高峰。

总归来说,这份研究提供了一幅令人信服的图像,说明在南加州的地底体是如何涌入断层带,透过岩石推动了一个连续四年的群震。 类似的流体注入过程也可能造成世上的其他群震,虽然群集地震的发生很可能具有多重原因。

「每一系列群震、每一个地壳构造区都有自己的怪癖、自己的特性。 」瓦那科说。 例如波多黎各的群震,就是在地表下相当深的地方摇晃,而且可能是板块在没入地底时发生破裂的结果。

这份研究同时也展示了机器学习可以如何协助地质学家,描绘出地球地下领域的详细图像。 每一个地震就像是点彩画上的一个彩点,如果只研究那些最大的地震,你只会看到凑成一堆的零碎斑点,然而当我们把小地震填入后,藏在地球上许多裂隙和地震背后的那些复杂物理,才会如同一幅完整绘画在我们眼前浮现。




欢迎关注微信公众号“环球趣视频”
上一篇 下一篇 TAG: 地震 美国