科学家首次目睹海底“慢滑”地震

该研究结果发表在《科学》杂志上。

“这就像板块界面上移动的涟漪，”乔希·埃丁顿（Josh Edgington）说道。他在德克萨斯大学奥斯汀分校杰克逊地球科学学院下属的德克萨斯大学地球物理研究所（UTIG）攻读博士学位期间领导了这项研究。与突发性地震不同，慢滑事件会持续数天或数周。尽管科学家们最近才认识到这些事件，但它们被认为在应力沿断层积累和释放的过程中发挥着关键作用。来自日本南海断层的新观测结果为这一观点提供了有力的证据。

这一重大的科学进步得益于在断层最靠近海沟的海底区域安装的钻孔传感器。据领导这项研究的德米安·萨弗 (Demian Saffer) 介绍，这些钻孔仪器能够探测到极其细微的地面运动——小至几毫米。断层浅层如此细微的运动是GPS网络等传统陆基系统无法捕捉到的。

2016年，在国际海洋探索计划（International Ocean Discovery Program）任务中，传感器和观测仪器被放入日本近海海底近1500英尺（约460米）的钻孔中。这些传感器实时向日本和德克萨斯大学地球物理研究所的研究人员传输数据，并帮助研究人员探测和描述正在发生的慢滑地震，这项研究发表在《科学》杂志上。图片来源：Dick Peterse – ScienceMedia.nl

该团队的仪器记录了2015年秋季发生的一次慢滑地震，当时它沿着断层最外层靠近海底的部分移动——该区域以浅层地震期间引发海啸而闻名——它似乎在一个潜在的高风险区域释放了构造应变。2020年，一次类似的地震也遵循了同样的轨迹。

虽然南海断层曾引发过大地震和海啸，但这些观测表明，这一特定断层可能不会为此类破坏性事件贡献能量。相反，它可能充当了地震缓冲区。这些发现为了解环太平洋火山带俯冲带断层的力学机制提供了宝贵的见解，环太平洋火山带是世界上一些最强烈地震和海啸的发生地。

这两次慢滑事件直到最近才被详细研究，表现为穿过地壳的变形波。此次“拉链式”运动起源于距日本海岸约30英里的地方，传感器追踪到它向海面推进，最终在大陆边缘消退。

所谓的“火环”是环绕太平洋板块的区域，全球许多地震和火山爆发都发生在这里。图片来源：美国地质调查局

两次地震都用了数周时间沿断层推进了20英里，并且都发生在地下流体压力高于正常水平的区域。这一细节意义非凡，因为它提供了令人信服的证据，表明高流体压力在触发慢地震中起着关键作用——地球物理学家长期以来一直提出这一理论，但迄今为止缺乏明确的观测证据。

日本南海断层上次发生强震是在1946年。那场8级地震摧毁了3.6万栋房屋，造成1300多人死亡。尽管预计未来还会再次发生强震，但观测表明，该断层至少会以规律、反复发生的慢滑地震形式无害地释放部分积压的能量。断层的位置也很重要，因为它表明断层最靠近地表的部分会独立于断层的其他部分释放构造压力。

有了这些知识，科学家们就可以开始探测断层的其他区域，以更好地了解其造成的整体危险。萨弗说，这些知识对于理解其他断层也至关重要。

例如，面向太平洋西北部的卡斯卡迪亚断层，是一条巨大的地震断层，似乎缺乏南海断层那样的天然减震器。萨弗说，尽管在卡斯卡迪亚断层探测到了一些缓慢滑动，但在引发海啸的断层尾端却没有探测到任何滑动，这表明断层可能被牢牢地锁定在海沟上。

“我们知道这里曾发生过9级地震，而且可能引发致命的海啸，”萨弗说。“那里是否有表明累积应变正在释放的嘎吱声还是海沟附近的断层一片死寂？卡斯卡迪亚地区显然是南开大学所证明的高精度监测方法的优先区域。”

日本研究中使用的钻孔观测站由综合大洋钻探计划（ISD）安装，并由美国国家科学基金会资助。其他数据由日本海洋地球科学技术振兴机构（JAMSTEC）运营的海底电缆观测站提供。

编译自/scitechdaily