美科學(xué)家模擬四川地震斷層應(yīng)力變化

        5·12四川汶川大地震是該地區(qū)歷史上首次記錄下的地震，它的震級和帶來的災(zāi)難超乎了人們的想象。美國的一組地球?qū)W家最近模擬研究了由此次地震引發(fā)的斷層應(yīng)力改變，并希望借此一瞥應(yīng)力變化在未來觸發(fā)地震的潛在可能性。相關(guān)論文7月6日在線發(fā)表于《自然》雜志。
        進(jìn)行該項研究的是美國賓州州立大學(xué)的地球科學(xué)副教授Eric Kirby、美國地質(zhì)調(diào)查局的地球物理學(xué)家Tom Parsons以及加州大學(xué)圣芭芭拉分校的Chen Ji。由于眼下無法得到與地震相關(guān)的各種可變參數(shù)的精確值，研究人員只能通過寬泛的模擬研究，對四川盆地斷裂帶的同震應(yīng)力轉(zhuǎn)移（co-seismic stress transfer）進(jìn)行分析。他們認(rèn)為，“這種方法能夠快速繪制有增強破裂可能的斷層圖?！?BR>        汶川地震發(fā)生在四川盆地和龍門山交界處，青藏高原的東部邊緣，印度板塊和亞洲板塊的碰撞導(dǎo)致這里的地層發(fā)生形變。在最新研究中，Kirby等人利用模型手段，分析了發(fā)生于北川的地震如何影響該斷裂帶的其余部分和該地區(qū)的其他一些斷層。他們著重關(guān)注了斷裂帶的物理特性，包括方向、水平和垂直方向的運動總量，并估測出沿斷裂帶運動的摩擦阻力。
        Kirby表示，“研究結(jié)果表明，四川地震似乎只是北川斷裂帶的北部發(fā)生破裂，而西南部分并沒有參與其中?！备鶕?jù)該模型，經(jīng)過5月12日的地震后，與汶川—茂汶斷裂帶平行的斷裂帶應(yīng)力和北川北部兩個相互垂直的主要斷裂帶應(yīng)力都有所增加，而地震區(qū)以南的一些較小的斷裂帶應(yīng)力則有所減小。不過，根據(jù)分析，該地區(qū)大多數(shù)斷裂帶應(yīng)力仍然較大。
        Kirby說，“誘發(fā)性地震（triggered earthquakes）可以發(fā)生在主震后數(shù)月、數(shù)年甚至幾十年。2004年印尼蘇門答臘地震就是個很好的例子（兩次地震相差3個月）。同時，土耳其歷史上的地震記錄表明，一系列地震可以在60多年里，從東向西前進(jìn)?！?BR>        需要強調(diào)的是，此次研究所利用的數(shù)據(jù)中包含很大的變度范圍，而不是實際的測定結(jié)果。Kirby表示，“該模型利用的是我們認(rèn)為的我們對該區(qū)域斷層的了解，而要解答的是與該地震相關(guān)的應(yīng)力變化。它展現(xiàn)出了一些破裂發(fā)生可能性增加的地方，但我們并不知道觸發(fā)點在哪里。這項研究并不是說將會有地震發(fā)生，它僅僅證明了一些斷裂帶中存在的可能性。”

        科學(xué)家首次觀測到震前斷層巖應(yīng)力變化

        來自美國賴斯大學(xué)等機構(gòu)的地震學(xué)家7月9日在新一期英國《自然》雜志上發(fā)表報告說，他們首次在野外測量到了地震發(fā)生前斷層巖石內(nèi)部應(yīng)力的變化，并證實巖石應(yīng)力變化會實時影響地震波傳播速度。這也是科學(xué)家在地震“前兆”研究方面獲得的最新進(jìn)展。
        參與這項研究的科學(xué)家包括畢業(yè)于中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)、現(xiàn)任教于賴斯大學(xué)的華人科學(xué)家鈕鳳林。他在接受新華社記者電話采訪時說，如果后續(xù)的實地研究能夠證實，在世界其他地區(qū)的斷層地震活動中，也普遍存在同樣的巖石物理變化，那么將來在此基礎(chǔ)上有望開發(fā)出比較可靠的地震早期預(yù)警系統(tǒng)。
        據(jù)鈕鳳林介紹，地震預(yù)測一直是世界性難題，除了極少數(shù)地震伴有“前震”發(fā)生，可以作預(yù)報，對絕大多數(shù)地震，地震學(xué)界一直未能記錄到實地的、可重復(fù)觀測的震前物理和化學(xué)變化，也就是地震“前兆”。而他所在的勘測小組利用靈敏度極高的新型測量設(shè)備，在加利福尼亞州圣安德烈亞斯斷層帶首次捕捉到了這種變化。
        圣安德烈亞斯斷層帶地震活動強而且“規(guī)律性”比較明顯，是地震學(xué)界知名的斷層帶之一。鈕鳳林和來自美國勞倫斯伯克利國家實驗室和卡內(nèi)基學(xué)會的科學(xué)家合作，在這個斷層帶的一處實驗場進(jìn)行深井鉆探勘測，結(jié)果在一些小震發(fā)生前數(shù)小時成功探測到巖石內(nèi)部發(fā)生的微小物理變化，其中一次在里氏3級地震發(fā)生前10小時，還有一次在里氏1級地震發(fā)生前約兩小時。
        鈕鳳林說，巖石力學(xué)的實驗表明，受應(yīng)力變化影響，巖石內(nèi)部的微破裂會張開或閉合，這會導(dǎo)致地震波的傳播速度發(fā)生微小變化。自上世紀(jì)70年代以來，地震學(xué)家就試圖測量這種變化，但一直沒有獲得高精度的理想結(jié)果。如今，借助尾波干涉信號等新技術(shù)，科學(xué)家終于重復(fù)測量到地震波速度的極微小變化。按《自然》雜志的說法，這是地震學(xué)科研人員長期以來一直在追求的目標(biāo)。

        “壓力預(yù)測”法可預(yù)測地震

        近日，英國科學(xué)家表示，他們發(fā)現(xiàn)了一種新的地震監(jiān)測方法，能夠預(yù)測地震發(fā)生的時間、量級甚至地點。他們有證據(jù)表明，應(yīng)用這種新方法可能能夠在小地震發(fā)生前一小時、大地震發(fā)生前數(shù)月預(yù)測到它們的存在。相關(guān)論文發(fā)表在5月份的《地質(zhì)學(xué)》（Geology）上。
        研究領(lǐng)導(dǎo)者、英國愛丁堡大學(xué)的Stuart Crampin表示，“在過去，地震預(yù)報研究要么是調(diào)查震源，要么是分析地震的統(tǒng)計學(xué)模式。在120年的嘗試后，這兩種努力都顯得非常不成功?！?BR>        新方法名為“壓力預(yù)測”（stress-forecasting，以示與傳統(tǒng)方法相區(qū)別），它利用了一種稱作橫波分裂（shear-wave splitting）的現(xiàn)象，即橫波在穿越巖層時分裂成兩部分，它們平行振動，并與微觀裂縫相垂直。這兩部分以不同的速度穿越巖層，所以到達(dá)偵測器的時間也不同。
        研究人員表示，這些微觀裂縫的排列反映了地殼內(nèi)的壓力，壓力越大，排列的裂縫越多，兩種波到達(dá)偵測器的時間差也就越大。
        過去，研究人員曾利用衛(wèi)星照片間接地測量過地震帶的壓力，但這只能對地殼內(nèi)部壓力變化給出一個粗略的概念。另外，研究人員也曾在斷層線直接地監(jiān)測過壓力，但是這些局部化的數(shù)據(jù)無法顯示滑動發(fā)生的時間和地點。Crampin說：“局部效應(yīng)是混亂的，無法預(yù)知?！彼f，應(yīng)用新方法，通過監(jiān)測更大范圍內(nèi)的壓力變化，就可以排除這種不可預(yù)知性。
        美國加州大學(xué)戴維斯分校的地球物理學(xué)家John Rundle認(rèn)為，這種新方法需要更多的測試以驗證它的效力。他表示，有很好的理由認(rèn)為地震預(yù)測是有希望的，不過若從基本的巖石力學(xué)著手的話，將會十分艱難。Crampin認(rèn)為他避開了這一難題，他考慮的是整個系統(tǒng)的力學(xué)，而不是具體巖層的力學(xué)。
        不過，這種新方法也有實踐上的困難。比如它需要更多的來自地震帶的頻繁而一致的數(shù)據(jù)，獲取代價昂貴。
        Crampin表示，在單個三井（three-borehole）壓力監(jiān)測站點400公里以內(nèi)區(qū)域建立這樣一個系統(tǒng)，以監(jiān)測所有破壞性的地震，造價大約為400萬至1000萬美元。Crampin和同事已經(jīng)建議建立全球監(jiān)測網(wǎng)，包括1500個這樣的站點。他說：“確實，這非常有野心，但是很多的證據(jù)證明它的確有效?！?/FONT>