分类
加州理工大学新闻

Slow Earthquakes in Cascadia are Predictable

越来越多的证据表明,慢滑移地震事件遵循一个确定的模式

在讨论严重的地震科学时,如果有一个词你不能使用,那就是"预测。"地震学家不能预测地震;相反,他们计算了在给定的时间内,沿某一断层发生大地震的可能性。

地震学家是否它是一个有争议的问题的过程,还有驱动仅加载应变沿断层突然、急剧的能量释放两个板块磨对一个门一个随机(随机)的过程,只有一个发生的概率的估计,或是否它是一个确定的,和潜在的可预测的过程。

加州理工学院的地震学家研究了长达十年的所谓的"慢滑事件,"在太平洋西北部的卡斯卡迪亚地区由周期性的断层滑动造成,就像普通的地震一样,但只产生几乎难以察觉的震动。他们的分析表明,这种特殊类型的地震事件是确定的,可能在几天甚至几周之前就可以预测。

一篇关于这项工作的论文发表在7月1日的《科学进展》杂志上。

"确定性混沌系统,尽管它的名字,确实有一些可预测性。该论文的主要作者和通讯作者Adriano Gualandi说,这项研究证明了自然尺度上的摩擦就像一个混沌系统,因此具有一定程度的可预测性。Gualandi是Earle C. Anthony地质学、机械和土木工程教授Jean-Philippe Avouac实验室的博士后学者,同时从事这项研究。Gualandi和Avouac与Sylvain Michel合作,后者作为加州理工学院的研究生参与了这个项目,还有法国皮埃尔西蒙拉普拉斯研究所的Davide Faranda参与了这项研究。

大约20年前,地球科学家利用全球定位系统(GPS)技术追踪地球上原本无法察觉的变化,首次发现了慢滑移现象。当构造板块以令人难以置信的缓慢速度相互摩擦时,就会发生地震,就像一场慢动作的地震。一个持续数周的缓慢滑动事件释放的能量可能与一分钟的7.0级地震相同。然而,由于这些地震释放能量的速度如此之慢,它们在地表造成的变形只有毫米,尽管影响的区域可能跨越数千平方公里。

因此,慢滑事件只有当GPS技术被改进到可以追踪那些非常微小的移动时才被发现。慢滑事件也不会沿着每个断层发生;到目前为止,它们只在太平洋西北部、日本、墨西哥和新西兰等少数几个地方被发现。

慢滑事件对研究人员很有用,因为它们不断累积和重复发生,使研究沿断层的应变载荷和释放成为可能。在10年的时间里,沿一个给定的断层可能会发生10次7.0级或更大的慢滑地震。相比之下,大多数这种震级的常规地震只会在数百年后才会再次发生。由于经常发生的大地震和缺乏数百年前的仪器记录之间存在时间滞后,因此不可能精确地比较过去和最近发生的地震。

GPS监测站揭示了卡斯卡迪亚海底的活动,这里是北美洲海底滑动的地方。板块界面被锁定在较浅的深度(阴影区域),但是我们看到重复发生的慢滑事件(蓝色部分)解压缩了板块界面,产生了震动(黑点)。

尽管名字叫慢滑,但慢滑事件为地震学家提供了一种加速加载/滑移过程的方法。在大约10年的短时间内,地震学家使用最先进的全球定位系统(GPS)设备可以观察到这个周期重复几次。

慢滑事件代表了所谓的"强迫非线性动力系统。"构造板块的运动是驱动系统的动力,而板块之间的摩擦使压力积聚并最终在滑移事件中释放,使系统呈非线性;在非线性系统中,输出的变化与输入的变化不成比例。尽管事实上运动和摩擦都可以用完全确定的微分方程来建模,系统的初始条件——例如,故障已经承受了多大的压力——对长期结果有重大影响。不知道这些确切的启动条件是整个系统长期不可预测的一个可能原因。然而,对断层滑动历史的检查可以揭示类似的模式在一段时间内重复出现的频率和时间。通过这种方式,团队能够评估慢滑移事件的可预测性。

“这个结果非常令人鼓舞,”Gualandi说。这表明我们的研究方向是正确的。如果我们设法获得更精确的数据,我们就可以尝试进行慢地震的实时预测实验

Gualandi将对慢滑移事件的潜在预测比作当前的天气预报科学,后者也涉及到对一个复杂而混乱的过程的预测(同样在一周左右后准确性会下降)。"我们已经知道大约每12到14个月就会有一次新的慢震,但是我们不知道确切的时间。我们的研究表明,似乎有可能在断层发生前几天就确定它何时会滑动,就像提前几天相当准确地预测天气一样

一个关键问题是,对于慢滑移地震的研究结果是否可以转化为常规地震,这些地震会撼动城市,危及生命和财产安全。去年,Michel, Avouac,和Gualandi报告了慢滑移地震的证据,它们是破坏性更大的表亲的一个很好的类比。

" Avouac说,如果我们在缓慢地震和常规地震之间进行的类比是正确的,那么常规地震是可以预测的。"但是,即使经常发生的地震是确定性的,可预测的范围也可能非常短,可能在几秒钟左右,这可能是有限的效用。我们还不知道

这篇论文的题目是"——慢震可预测的混乱。这项研究是由国家科学基金会资助的。

新闻旨在传播有益信息,英文原版地址:https://www.caltech.edu/about/news/slow-earthquakes-cascadia-are-predictable