科學家首次直接觀察到在主要水下斷層帶釋放構造應力過程中發生的慢滑地震。此次漸進式地震事件在穿過日本海岸附近易引發海嘯的斷層段時被追蹤，該斷層段似乎起到了天然的緩沖作用，吸收了壓力。德克薩斯大學奧斯汀分校的研究人員將這一現象比作一條斷層線沿著兩大板塊邊界緩慢張開。

該研究結果發表在《科學》雜志上。

“這就像板塊界面上移動的漣漪，”喬希·埃丁頓（Josh Edgington）說道。他在德克薩斯大學奧斯汀分校杰克遜地球科學學院下屬的德克薩斯大學地球物理研究所（UTIG）攻讀博士學位期間領導了這項研究。與突發性地震不同，慢滑事件會持續數天或數周。盡管科學家們最近才認識到這些事件，但它們被認為在應力沿斷層積累和釋放的過程中發揮著關鍵作用。來自日本南海斷層的新觀測結果為這一觀點提供了有力的證據。

這一重大的科學進步得益于在斷層最靠近海溝的海底區域安裝的鉆孔傳感器。據領導這項研究的德米安·薩弗 (Demian Saffer) 介紹，這些鉆孔儀器能夠探測到極其細微的地面運動——小至幾毫米。斷層淺層如此細微的運動是GPS網絡等傳統陸基系統無法捕捉到的。

2016年，在國際海洋探索計劃（International Ocean Discovery Program）任務中，傳感器和觀測儀器被放入日本近海海底近1500英尺（約460米）的鉆孔中。這些傳感器實時向日本和德克薩斯大學地球物理研究所的研究人員傳輸數據，并幫助研究人員探測和描述正在發生的慢滑地震，這項研究發表在《科學》雜志上。圖片來源：Dick Peterse – ScienceMedia.nl

該團隊的儀器記錄了2015年秋季發生的一次慢滑地震，當時它沿著斷層最外層靠近海底的部分移動——該區域以淺層地震期間引發海嘯而聞名——它似乎在一個潛在的高風險區域釋放了構造應變。2020年，一次類似的地震也遵循了同樣的軌跡。

雖然南海斷層曾引發過大地震和海嘯，但這些觀測表明，這一特定斷層可能不會為此類破壞性事件貢獻能量。相反，它可能充當了地震緩沖區。這些發現為了解環太平洋火山帶俯沖帶斷層的力學機制提供了寶貴的見解，環太平洋火山帶是世界上一些最強烈地震和海嘯的發生地。

這兩次慢滑事件直到最近才被詳細研究，表現為穿過地殼的變形波。此次“拉鏈式”運動起源于距日本海岸約30英里的地方，傳感器追蹤到它向海面推進，最終在大陸邊緣消退。

所謂的“火環”是環繞太平洋板塊的區域，全球許多地震和火山爆發都發生在這里。圖片來源：美國地質調查局

兩次地震都用了數周時間沿斷層推進了20英里，并且都發生在地下流體壓力高于正常水平的區域。這一細節意義非凡，因為它提供了令人信服的證據，表明高流體壓力在觸發慢地震中起著關鍵作用——地球物理學家長期以來一直提出這一理論，但迄今為止缺乏明確的觀測證據。

日本南海斷層上次發生強震是在1946年。那場8級地震摧毀了3.6萬棟房屋，造成1300多人死亡。盡管預計未來還會再次發生強震，但觀測表明，該斷層至少會以規律、反復發生的慢滑地震形式無害地釋放部分積壓的能量。斷層的位置也很重要，因為它表明斷層最靠近地表的部分會獨立于斷層的其他部分釋放構造壓力。

有了這些知識，科學家們就可以開始探測斷層的其他區域，以更好地了解其造成的整體危險。薩弗說，這些知識對于理解其他斷層也至關重要。

例如，面向太平洋西北部的卡斯卡迪亞斷層，是一條巨大的地震斷層，似乎缺乏南海斷層那樣的天然減震器。薩弗說，盡管在卡斯卡迪亞斷層探測到了一些緩慢滑動，但在引發海嘯的斷層尾端卻沒有探測到任何滑動，這表明斷層可能被牢牢地鎖定在海溝上。

“我們知道這里曾發生過9級地震，而且可能引發致命的海嘯，”薩弗說。“那里是否有表明累積應變正在釋放的嘎吱聲還是海溝附近的斷層一片死寂？卡斯卡迪亞地區顯然是南開大學所證明的高精度監測方法的優先區域。”

日本研究中使用的鉆孔觀測站由綜合大洋鉆探計劃（ISD）安裝，并由美國國家科學基金會資助。其他數據由日本海洋地球科學技術振興機構（JAMSTEC）運營的海底電纜觀測站提供。

編譯自/scitechdaily