科學家發現阻止大地震的隱藏“煞車”

這種一致性在地震科學中極為罕見，研究人員長期以來一直在努力解釋這種模式如何能如此可靠地持續存在。

現在科學家表示他們終於確定了原因。一項新研究發表在該雜誌上 科學 它揭示了斷層內的特定區域充當自然煞車系統，不斷阻止地震的發展。

「我們很早就知道這些屏障的存在，但問題一直是：它們是由什麼構成的，為什麼它們能夠在一個又一個週期中如此可靠地阻止地震？」該研究的主要作者、印第安納大學伯明頓藝術與科學學院地球與大氣科學助理教授、地震學家宮建華表示：

龔與來自伍茲霍爾海洋研究所、加州大學聖地牙哥分校史克里普斯海洋研究所、美國地質調查局、波士頓學院、德拉瓦大學、西華盛頓大學、新罕布夏大學和麥吉爾大學的研究人員合作。他們共同關注位於厄瓜多爾西海岸東太平洋海隆沿線的戈法爾轉換斷層，目標是解開圍繞這些反覆發生的水下地震的數十年之久的謎團。

戈法爾斷層和經常發生的地震

戈法爾斷層是一條深水下斷層帶，太平洋板塊和納斯卡板塊以每年約 140 毫米的速度相互滑動，大約與指甲生長的速度一樣快。轉換斷層是構造板塊水平並排移動的區域，戈法爾已成為海底研究最深入的例子之一。

這個斷層特別不尋常的是，較大的地震總是在幾乎相同的地方開始和停止。在發生大地震的部分之間，斷層上有一些較安靜的部分，它們似乎可以吸收應力，而不會造成重大破裂。科學家稱這些區域為“障礙”，但到目前為止，它們的確切作用仍不清楚。

為了進行調查，研究人員使用了兩次大型海底實驗中收集的信息，一次是在 2008 年進行的，另一次是在 2019 年至 2022 年之間進行的。在這些任務中，科學家部署了海底地震儀，這些儀器旨在沿著戈法爾斷層的兩個部分直接探測海底地震。

這些設備捕捉了兩次大型六級事件前後發生的數萬次較小地震。這使研究人員能夠非常詳細地了解斷層在破裂期間和破裂後的行為，從而導致重大破裂。

深海隱藏的“屏障區”

研究小組在兩個屏障區域發現了非常相似的模式。在大地震發生前的幾天和幾週內，屏障區會出現小規模的地震活動。更大的地震發生後，這些地區立即陷入了幾乎完全的寂靜。

由於這種行為發生在相隔 12 年研究的兩個獨立斷層段中，因此研究人員得出結論，這兩種情況都是由相同的物理過程造成的。

根據研究，屏障並不是岩石的不活動部分。相反，它們是高度複雜的區域，斷層分支成多個分支。這些分支之間的小橫向偏移範圍為 100 至 400 米，在斷層結構內形成局部開口，類似於裂縫中的小間隙。

研究人員也發現了海水滲入這些裂縫區域深處的證據。不尋常的幾何形狀和滯留的流體一起為稱為“強化膨脹”的過程創造了條件。

自然地震「煞車」如何發揮作用？

大地震期間沿著斷層的突然移動導致充滿液體的岩石內部的壓力迅速下降。當這種情況發生時，多孔岩石會暫時鎖定，在繼續擴散和生長之前減緩或停止裂縫。

實際上，屏障區充當斷層內的內置煞車。

「這些障礙不僅僅是景觀的被動特徵，」龔解釋道。 “這些是斷層系統活躍、動態的部分，了解它們的工作原理會改變我們對這些斷層地震邊界的思考方式。”

由於戈法爾斷層遠離人口稠密的海岸線，地震對人類的直接威脅不大。然而，這些發現可能對全世界的地震科學產生更廣泛的影響。

地震預報的影響

在地球海洋中也發現了類似戈法爾的轉換斷層。科學家早就注意到，沿著這些斷層發生的水下地震仍然小於地質條件允許的範圍，就好像某種自然機制限制了它們的最大規模。

新的研究表明，像戈法爾發現的屏障區可能在海底很常見。如果是這樣，它們可以充當廣泛的自然地震制動系統，防止一些破裂發展成更大規模的事件。

研究人員表示，這項發現可以改進用於預測世界各地水下斷層地震災害的地震模型，包括靠近大量沿海人口的地區。

這項研究由美國國家科學基金會和加拿大自然科學與工程研究委員會資助。