一場(chǎng)持續(xù)了50天的“幽靈地震”

沃梓穎

黎明的太陽(yáng)，在土耳其伊斯坦布爾的奧塔科伊清真寺投下玫瑰色的光芒。附近馬爾馬拉海的鉆孔揭示了那里曾發(fā)生一場(chǎng)持續(xù)了50天的慢地震。

2016年的夏天，在土耳其的內(nèi)海馬爾馬拉海東部，發(fā)生了一場(chǎng)5.8級(jí)的大地震。這不足為奇，畢竟該地區(qū)在過(guò)去曾多次發(fā)生強(qiáng)烈的地震。問(wèn)題是，這場(chǎng)地震持續(xù)了50天，而且沒(méi)有一個(gè)人察覺(jué)到它。

根據(jù)地震學(xué)家的說(shuō)法，這場(chǎng)地震其實(shí)屬于一種非常奇特的地震類型，被稱為“慢地震”。典型的地震通常是斷層突然發(fā)生滑動(dòng)產(chǎn)生的，而慢地震發(fā)生時(shí)，所涉及到的斷層會(huì)緩慢且溫和地發(fā)生滑動(dòng)，而且不會(huì)產(chǎn)生具有破壞性的地震波，這意味著它們不會(huì)產(chǎn)生明顯的震感。可以說(shuō)，慢地震是一種“幽靈地震”。

那么，慢地震究竟是怎么形成的？研究它們對(duì)防震減災(zāi)有何種幫助呢？下面，我們就來(lái)談一下。

緩慢地發(fā)生滑動(dòng)

在過(guò)去，地震學(xué)家的共識(shí)是，斷層可能主要以兩種方式發(fā)生滑動(dòng)。一種方式是，斷層兩側(cè)以“粘結(jié)-滑動(dòng)”的形式發(fā)生滑動(dòng)。斷層兩側(cè)的巖石若要滑動(dòng)必須克服強(qiáng)大的摩擦力，因此在通常情況下，兩盤巖石好像互相粘在一起，誰(shuí)也動(dòng)彈不了，粘結(jié)在一起的時(shí)間有時(shí)最長(zhǎng)可達(dá)數(shù)十萬(wàn)年。直到作用到斷層上的外力積累到等于或大于摩擦力時(shí)，兩側(cè)才會(huì)發(fā)生突然滑動(dòng)，彼此錯(cuò)開，能量釋放出來(lái)。這就是所有典型地震產(chǎn)生的方式。外力減弱后，兩側(cè)的巖石受到摩擦力的阻礙，會(huì)再次粘結(jié)不動(dòng)，直到外力再積累到一定程度時(shí)，才可能發(fā)生下一次的滑動(dòng)，并引發(fā)下一次的地震。

另一種方式是，斷層兩側(cè)以很慢的速度發(fā)生滑動(dòng)，其速度不會(huì)快于人指甲生長(zhǎng)的速度。通常來(lái)說(shuō)，這種滑動(dòng)并不會(huì)產(chǎn)生地震。

然而，在21世紀(jì)初期，地震學(xué)家在太平洋西北部的卡斯卡迪亞俯沖帶中第一次發(fā)現(xiàn)了慢地震。慢地震的發(fā)現(xiàn)，使地震學(xué)家意識(shí)到，斷層還有第三種滑動(dòng)方式。這種滑動(dòng)方式釋放出的能量與典型的大型地震突然釋放的能量相當(dāng)，但斷層滑動(dòng)的過(guò)程所需的時(shí)間十分長(zhǎng)，以至于能量不會(huì)轉(zhuǎn)化為具有破壞性的地震波，也無(wú)法產(chǎn)生任何明顯的地表震動(dòng)。如果典型的地震可以類比成火藥的爆炸的話，那么慢地震更像是蠟燭慢慢燃燒。

土耳其那場(chǎng)5.8級(jí)慢地震總共花了50天，這聽(tīng)起來(lái)很長(zhǎng)，但地震學(xué)家檢測(cè)過(guò)許多經(jīng)歷時(shí)間更長(zhǎng)的慢地震。目前為止觀測(cè)到的經(jīng)歷時(shí)間最長(zhǎng)的慢地震發(fā)生在美國(guó)的阿拉斯加，地震等級(jí)為7.8級(jí)，它至少花了9年時(shí)間才結(jié)束。

尋獵“幽靈地震”

慢地震不產(chǎn)生較強(qiáng)的地震波，不產(chǎn)生任何明顯的地表震動(dòng)，所以，除非你仔細(xì)尋找，否則很容易錯(cuò)過(guò)許多慢地震事件。

地震學(xué)家是基于全球定位系統(tǒng)（GPS）中記錄地球表面形狀的變化的數(shù)據(jù)，才首次發(fā)現(xiàn)了慢地震現(xiàn)象。而對(duì)于土耳其那場(chǎng)慢地震，地震學(xué)家是利用馬爾馬拉附近的鉆孔檢測(cè)到的。這些鉆孔安裝了很多應(yīng)變計(jì)，這種設(shè)備可以檢測(cè)到周圍巖石緩慢的形變。

而在慢地震發(fā)生時(shí)，沿著斷層有時(shí)會(huì)產(chǎn)生非常小的震動(dòng)，地震學(xué)家可以監(jiān)測(cè)這種震動(dòng)，來(lái)實(shí)時(shí)地跟蹤慢地震的動(dòng)態(tài)。一個(gè)類比就是，當(dāng)有人走在樓上的木制地板時(shí)，我們看不見(jiàn)這個(gè)人，但我們可以通過(guò)人在木材產(chǎn)生的腳步聲來(lái)跟蹤這個(gè)人的運(yùn)動(dòng)情況。

隨著研究的繼續(xù)，地震學(xué)家發(fā)現(xiàn)，慢地震是一個(gè)非常普遍的現(xiàn)象，大部分的慢地震不會(huì)引發(fā)自然災(zāi)害。它們通常產(chǎn)生在世界各地的俯沖帶附近，許多地方還會(huì)出現(xiàn)重復(fù)性的慢地震。

例如，在太平洋西北地區(qū)，平均每15個(gè)月就會(huì)發(fā)生一次6.0級(jí)的慢地震，每次持續(xù)時(shí)間兩到三周。在日本南部琉球俯沖帶，也有類似震級(jí)的周期性慢地震發(fā)生，間隔5至9個(gè)月。

在新西蘭，有兩個(gè)地方經(jīng)常出現(xiàn)慢地震。一個(gè)位于首都惠靈頓的下方，地震等級(jí)通常為7.0級(jí)，但是因?yàn)樗鼈兠扛?2到18個(gè)月的時(shí)間才會(huì)發(fā)生一次，并且它們發(fā)生在相當(dāng)深的地下，所以這個(gè)城市的居民是根本無(wú)法察覺(jué)到這些慢地震的。另一個(gè)地方位于新西蘭北島的東北角。慢地震發(fā)生的地方位于地面以下較淺的地方，每18個(gè)月到兩年發(fā)生一次慢地震，其地震等級(jí)與惠靈頓的類似。

這些重復(fù)性的慢地震，為地震學(xué)家提供了一個(gè)難得的機(jī)會(huì)，可以在恰當(dāng)?shù)臅r(shí)間安裝儀器來(lái)檢測(cè)它們。

是誰(shuí)減緩了斷層滑動(dòng)

地震學(xué)家已經(jīng)逐漸掌握了檢測(cè)慢地震的方法，但有一個(gè)更重要的問(wèn)題仍有待解決，那就是為何慢地震發(fā)生時(shí)斷層滑動(dòng)所需的時(shí)間延長(zhǎng)了。

一種可能是，斷層中某些材料本身就十分潤(rùn)滑。另一種可能是，產(chǎn)生慢地震的斷層，周圍充滿了高壓的水等液體，這些液體起到了潤(rùn)滑作用，使得地震持續(xù)的時(shí)間大為增長(zhǎng)。在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行的模擬實(shí)驗(yàn)似乎支持了后面這一觀點(diǎn)，但目前尚不清楚現(xiàn)實(shí)世界中，其真實(shí)情況是否與實(shí)驗(yàn)室中的一致。

不過(guò)，實(shí)地考察可能有助于解決這個(gè)問(wèn)題。地震學(xué)家已經(jīng)在馬爾馬拉海周圍安裝了更多的應(yīng)變計(jì)，而在新西蘭希古朗基俯沖帶的部分地區(qū)，地震學(xué)家也埋下了很多檢測(cè)設(shè)備，以揭示慢地震的斷層特征。此外，來(lái)自國(guó)際大洋發(fā)現(xiàn)計(jì)劃（IODP）的研究人員還計(jì)劃在可發(fā)生慢地震的俯沖帶鉆個(gè)洞，一直鉆到斷層那里，這樣就可以直接對(duì)斷層那里的物質(zhì)進(jìn)行采樣。同時(shí)，通過(guò)向該區(qū)域發(fā)送人造地震波，來(lái)對(duì)那里的斷層結(jié)構(gòu)進(jìn)行繪制。

預(yù)測(cè)地震的突破口

對(duì)慢地震的研究，還可以幫助我們更好地了解那些典型的具有破壞性的地震。

許多觀測(cè)記錄表明，典型的大地震可以引發(fā)慢地震。例如，在2016年，新西蘭凱庫(kù)拉發(fā)生了一場(chǎng)7.8地震之后，整個(gè)地區(qū)都發(fā)現(xiàn)了慢地震。那么反過(guò)來(lái)，慢地震可以引發(fā)普通的大地震嗎？地震學(xué)家認(rèn)為有這種可能，但目前還無(wú)法給出確切的答案。例如在2011年，日本東北部的近海發(fā)生了一場(chǎng)9級(jí)大地震，但在大地震發(fā)生前不久，那里就產(chǎn)生了一場(chǎng)慢地震，雖然地震學(xué)家還無(wú)法判斷這場(chǎng)慢地震是否與隨后的大地震存在聯(lián)系。

如果最終證實(shí)在大型地震發(fā)前，通常會(huì)有慢地震發(fā)生的話，那么檢測(cè)慢地震將成為預(yù)測(cè)大地震的突破口。不過(guò)，就目前而言，地震學(xué)家還不知道如何區(qū)分可能引發(fā)大地震的慢地震和無(wú)害的慢地震。