Richard A Kerr

關(guān)于東日本大地震成因的一種觀點(diǎn)*

Richard A Kerr

2011年3月的日本M9.0大地震使日本科學(xué)家的家園慘遭破壞。最近，他們通過梳理地震前的幾天內(nèi)記錄到的一大堆雜亂的地震信號(hào)，對(duì)1000多次新近識(shí)別出的地震進(jìn)行了分類整理。其結(jié)果揭示出那條致命的近海斷層是如何慢慢滑動(dòng)，然后突然破裂的。現(xiàn)在看來，那種慢滑行為使斷層不斷加載，最終達(dá)到了破裂點(diǎn)，由此引發(fā)了3·11災(zāi)難性大地震。

這一發(fā)現(xiàn)源自對(duì)日本附近數(shù)十年的密切監(jiān)視，它為地震學(xué)家提供了一個(gè)期盼已久的探究謎底的機(jī)會(huì)，即:“大地震究竟是怎樣發(fā)生的?”位于加州Pasadena的美國地質(zhì)調(diào)查局(USGS)地震學(xué)家Lucile Jones說。雖然慢滑行為是一個(gè)長期探尋的大地震的前兆，但它“并不是預(yù)測(cè)地震的手段，”起碼不能將其作為獨(dú)立的手段來運(yùn)用，她馬上補(bǔ)充道。然而，就在此時(shí)此地，地球確實(shí)給出了大地震即將來臨的一點(diǎn)跡象。研究人員下一步要做的就是搞清這種跡象究竟是罕見的還是尋常的，這就需要審視更多的地震事件。

為了搞清東日本大地震前究竟發(fā)生了什么情況，研究人員必須從地震記錄中挑選出被標(biāo)準(zhǔn)方法所遺漏的震級(jí)更小的地震。標(biāo)準(zhǔn)地震目錄中包含了此次9級(jí)地震前1個(gè)月內(nèi)同一地區(qū)的333次可識(shí)別的地震。

但當(dāng)時(shí)發(fā)生的地震事件確實(shí)太多，肯定還有其他許多地震被掩埋在地震記錄中。因此，東京大學(xué)地震研究所(ERI)地震學(xué)家Aitaro Kato(http:∥scim.ag/A-Kato)及其同事有效地過濾掉了記錄中的許多噪聲。他們利用已知333次地震中每一次地震的像指紋一樣的地震波形，在波濤翻涌的信號(hào)(地震記錄)海洋中搜尋計(jì)算機(jī)化的相匹配的信號(hào)。他們提取了1416個(gè)相匹配的事件，這一數(shù)字是日本氣象廳(JMA)目錄中地震數(shù)量的4倍。

在那次9級(jí)地震中發(fā)生破裂的是一條北-南向、500 km長的斷層，原來，在其破裂之前，該斷層在大地震的起始點(diǎn)以北發(fā)生了慢滑，且不止一次而是兩次。最終將在大地震中破裂的斷層段一般情況下都緊緊粘在一起，在小地震中甚至連一小塊也不會(huì)破裂。但有些斷層段卻非常滑，以至于與其相對(duì)的斷層段可以慢慢滑過。對(duì)于這種不定時(shí)發(fā)生的滑動(dòng)，我們將其稱之為慢滑、慢地震，或寂靜地震。

慢滑不會(huì)產(chǎn)生地震波;研究人員只能通過由諸如傾斜儀等儀器在地表或地殼內(nèi)測(cè)定的非常精確的數(shù)據(jù)來直接監(jiān)測(cè)真正的寂靜地震。以常規(guī)而言，不會(huì)從海底得到這種測(cè)量結(jié)果。但如果滑動(dòng)斷層有幾處黏著點(diǎn)，那么它們就會(huì)粘在一起，然后在一些小地震中突然分開。在ERI團(tuán)隊(duì)最終得到的1749次地震中，大概有25次重復(fù)發(fā)生在滑動(dòng)持續(xù)期間的同一斷層塊上。

ERI團(tuán)隊(duì)密切跟蹤他們發(fā)現(xiàn)的這些重復(fù)地震的時(shí)間、地點(diǎn)和規(guī)模，由此追尋9級(jí)地震前任何慢滑行為的軌跡。第一幕慢滑開始于2月中旬，地點(diǎn)位于此次大型逆沖區(qū)地震起始點(diǎn)(或震中)以北約40 km處。慢滑繼續(xù)向南行進(jìn)，直至2月底到達(dá)該大型逆沖區(qū)地震最終的震中位置，并就此止步。后來什么事情也沒有發(fā)生，直至3月9日7.3級(jí)前震襲擊了第一波慢滑脈沖的起始點(diǎn)。由此觸發(fā)了第二波速度更高的南向慢滑脈沖。這一次，當(dāng)滑動(dòng)就要到達(dá)最終大型逆沖區(qū)地震的起始點(diǎn)時(shí)，9級(jí)地震終于爆發(fā)了。

ERI團(tuán)隊(duì)從那個(gè)事件序列中得出的結(jié)論是，第二波慢滑脈沖“可能”觸發(fā)了此次大型逆沖區(qū)地震。這種說法很有道理，其他地震學(xué)家如是說。當(dāng)應(yīng)力積累到足以使斷層破裂時(shí)，就會(huì)爆發(fā)地震。在3·11大地震前，東北沖斷層段的應(yīng)力已經(jīng)緩慢積累了大概1000年，這時(shí)，第二波慢滑脈沖又傳遞來了大致相當(dāng)于7.3級(jí)前震所釋放的1/4的應(yīng)力負(fù)荷。這顯然就成了壓垮斷層的“最后一根稻草”。

據(jù)此，我們可以說起碼一次大地震就是那樣發(fā)生的?！斑@說明地震前發(fā)生的事情比我們猜想的要多得多，”位于加州Menlo Park的USGS地震學(xué)家William Ellsworth說。但ERI地震學(xué)家Kato卻首先提醒我們，他們并沒有找到地震預(yù)報(bào)的關(guān)鍵途徑。首先，要預(yù)測(cè)地震就必須知道閉鎖斷層段已經(jīng)多么接近于破裂，而這是極其難以確定的。

其次，慢滑前兆的頻率究竟如何至今尚不明了?！拔覀儾荒芷谕惺录紩?huì)出現(xiàn)如日本科學(xué)家期待的那種慢滑前兆，”加州理工學(xué)院(Pasadena)地震學(xué)家Hiroo Kanamori說?！耙罁?jù)慢滑來進(jìn)行地震預(yù)報(bào)必定非常困難。”

但并不是說慢滑之說不會(huì)攪起一點(diǎn)點(diǎn)波瀾。美國太平洋西北地區(qū)近海曾在1700年發(fā)生過大型逆沖區(qū)地震，如果在那里探測(cè)到了類似序列，“那肯定會(huì)敲響警鐘，”Ellsworth說。馬薩諸塞州伍茲霍爾海洋學(xué)研究所(Woods Hole Oceanographic Institution)地震學(xué)家Jeffrey mcGuire說，碰巧，他和他的同事不久將在太平洋西北地區(qū)附近海域安裝一臺(tái)海底傾斜儀，它將在那里探測(cè)實(shí)時(shí)的慢滑信號(hào)。所以很幸運(yùn)，他們起碼會(huì)知道什么時(shí)間發(fā)生了不尋常的事情。

譯自:Science，20 January 2012，Vol.335:272

原題:A tantalizing view of what set off Japan’s killer quake

(中國地震局地球物理研究所左玉玲譯)

(譯者電子信箱，左玉玲:yulingzuo@yahoo.com.cn)

P315.1;

D;

10.3969/j.issn.0235-4975.2012.03.001

2012-02-14。