相較常規地震 緩慢地震位深更難察覺

奇怪、安靜的地震是在板塊之間的邊界發生緩和的移動導致,被稱為慢速滑動事件,或稱緩慢地震

2011年日本311芮氏規模9 級地震引發綜合性災難,釀成近 2 萬人死亡與核污染,是世界第五大地震、日本史上最大地震,後續日本與全世界的科學家開始探討 311 地震成因,發現在表層之下,日本東海岸的板塊在地震發生前一個月已經開始出現長時間的緩慢地震,科學家認為這種地震型態與大地震有關。

1990 年代科學家認為他們已經掌握板塊活動方式,當時認為當地殼的一塊板塊滑過另一塊板塊時,板塊會不斷地相互滑過,或是卡住,累積應力,直到爆炸性滑落。但是,從 2000 年開始,一系列科學研究指出在環太平洋兩岸觀測到一類新的反覆和廣泛的緩慢地震。

這些奇怪、安靜的地震是在板塊之間的邊界發生緩和的移動導致,被稱為慢速滑動事件,或稱緩慢地震,緩慢地震仍然是一個謎,力量足以改變地質構造,也可以引發超過 7 級的地震。但是緩慢的地震持續幾天、幾個月,有時甚至幾年,居住其上的人很難察覺。

日本、墨西哥和智利大規模地震之前都發現緩慢地震,但是科學家對常規地震研究了數十年,近 20 年才發現這種緩慢地震類型,他們還不知道是否是這些地震引發大規模地震,甚至不知道之間的關聯。也是位處地震帶的西雅圖,2012 年也出現過持續數月之久的緩慢地震活動。

第一個對慢速滑動事件有明確定義的報告是指溫哥華島西海岸以外,約 200 公里處的卡斯卡迪亞斷層帶 (Cascadia subduction zone),在地表以下約 20 英里處,由胡安德富卡板塊沒入北美板塊所形成,這個地方會被深度和高溫所軟化而滑過彼此,但滑動板塊中較淺、易碎的部分可能會卡住,直到壓力過大突然斷裂。卡斯卡迪亞斷層帶自 18 世紀以來就沒有發生過巨大的地震,引起科學家關注。

調查慢速滑動事件是一個挑戰,主要是震動幅度太小難以偵測,以及位置太深很難觀察。

震動幅度小、位置深增加偵查難度

1999 年加拿大地質調查局的地球物理學專家注意到,溫哥華島南部和奧林匹克半島的 GPS 監測站當中,有 7 個監測站在幾星期內與正常運動相反的方向移動大約四分之一英吋,通常地震發生時會出現反方向移動,奇怪的是沒有發現可察覺的震動。科學家非常擔心,後來發現是胡安德富卡板塊與北美板塊當中卡住的區域緩慢的在錯動,形成緩和的滑動。

與此同時,日本國家地球科學與防災研究所的地震學家注意到,在日本西南部的南海海槽 (Nankai Trough) 斷層帶上出現低頻振動,東京大學地震研究所的 Kazushige Obara 發現這些地震起源於地表以下 21 英里,可能持續數日,類似於火山噴發伴隨的震顫,但這個地方不是火山地區。

後來加拿大與東京大學科學家發現由 GPS 檢測到的慢速滑動事件,和在地震儀上發現的非火山震動,由於持續時間與相應的斷層帶走向相同,發生的深度相似,推測可能是斷層帶發生緩慢板塊運動的跡象。此後,科學家才知道原來有許多不同類型的緩慢地震,有些會出現震動有些不會,且會發生在不同深度、不同的持續時間。

2010 年賓州大學專家開始與日本、德國科學家合作,在日本南海海槽合作建立兩個鑽孔平台,從井眼觀測站以及海底感測器網路收集的數據中,研究團隊收集到一些慢速滑動的初步證據,發現這些慢速滑動與大量的小型低頻地震一致。

科學家推測,311 大地震的發生之前的緩慢地震,有可能是大陸板塊受到海洋板塊擠壓通過一系列不規則的突起地形,分別釋放壓力導致難以察覺的地震,但在大陸板塊不規則地形後方,是一個巨大的地栓  (asperity),當板塊遷移 40 公分,壓力累積到一定程度時出現大爆發。

但是,調查慢速滑動事件是一個挑戰,主要是震動幅度太小難以偵測,以及位置太深很難觀察。不過世界各地的科學家仍然在努力以各種方式探測海底的板塊運動,他們認為如果能理解緩慢滑動事件與斷層帶上的破壞性地震之間的關係,就可以突破地震預測的準確性。

 

本文經科技新報授權轉載《相較常規地震,科學家不解的緩地震更令人擔憂

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