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卡斯卡迪亚的慢地震是可以预见的

更新时间:2020-09-13 14:18点击:

  如果在讨论严重的地震科学时您不应该使用一个词,那就是“预测”。地震学家无法预测地震。取而代之的是,他们计算在给定的时间内沿着某个断层发生大地震的可能性。

卡斯卡迪亚的慢地震是可以预见的

  地震学家之间争论的问题是,驱动地震的过程(沿断层加载应变,然后随着两个构造板块相互摩擦而突然突然释放能量)是否是随机的(随机)过程,只能估计发生的可能性,或者它是否是确定性的并且可能是可预测的过程。

  加州理工学院的地震学家研究了十年之久的所谓“缓慢滑动事件”,这些事件是由像常规地震那样的连续断层滑动引起的,但在西北太平洋的卡斯卡迪亚地区仅产生几乎看不到的震颤。他们的分析表明,这种特定类型的地震事件具有确定性,并且可能提前几天甚至几周就可以预测。

  “确定性混沌系统尽管有名称,但确实具有一定的可预测性。这项研究是概念证明,表明自然尺度上的摩擦表现得像混沌系统,因此具有一定程度的可预测性,”负责人Adriano Gualandi说。以及该论文的相应作者。Gualandi在这项研究期间,曾是Jean-Philippe Avouac实验室的博士后学者,Jean-Philippe Avouac是Earle C. Anthony地质与机械与土木工程教授。Gualandi和Avouac与曾在加州理工学院读研究生的Sylvain Michel和法国Pierre Simon Laplace研究所的Davide Faranda合作进行了这项研究。

  慢滑事件最早是在二十多年前被地球学家注意到的,它们使用全球定位系统(GPS)技术跟踪了地球上其他无法察觉的变化。当构造板块彼此缓慢地相互摩擦时,就会发生这些事件,就像慢动作中的地震一样。持续数周之久的缓慢滑动事件可能释放出与一分钟长的7.0级地震相同的能量。但是,由于这些地震释放能量的速度很慢,尽管影响了可能跨越数千平方公里的区域,但它们在地面上引起的变形却只有毫米级。

  因此,只有在GPS技术经过改进以至于可以追踪这些微小的变化时,才发现慢滑事件。并非每个故障都发生慢滑事件。到目前为止,仅在少数几个地点发现了它们,包括西北太平洋地区,日本,墨西哥和新西兰。

  缓滑事件对研究人员很有用,因为它们会频繁发生并反复发生,这使得研究沿断层的应变载荷和释放方式成为可能。在十年的时间内,沿着给定的断层可能会发生10级7.0或更大的慢滑地震。相比之下,大多数这种级别的常规地震只发生几百年。由于通常的大地震与数百年前缺乏仪器记录之间存在时间间隔,因此无法将过去的事件与最近的事件进行精确比较。

  尽管有滑坡事件的名称,但地震学家为地震学家提供了一种在推动地震的加载/滑移过程中按“快进”的方法。在大约10年的短时间内,地震学家使用最先进的GPS设备可以观察到循环重复多次。

  滑移事件表示所谓的“强制非线性动力学系统”。构造板块的运动是驱动系统的力,而板块之间的摩擦会导致压力累积,最终在滑移事件中释放,从而使系统非线性。在非线性系统中,输出的变化与输入的变化不成比例。尽管可以使用完全确定性的微分方程对运动和摩擦进行建模,但系统的启动条件(例如,故障已经承受了多少应力)对长期结果具有重大影响。从长远来看,不知道这些确切的启动条件是整个系统不可预测的可能原因之一。然而,对断层滑动历史的检查可以发现相似模式随时间重复的频率和持续时间。通过这种方式,团队能够评估慢滑事件的可预测性时间。

  瓜兰迪说:“这一结果令人鼓舞。”“这表明我们走在正确的轨道上,如果我们能够获得更精确的数据,我们可以尝试一些慢地震的实时预测实验。”

  Gualandi将慢滑事件的潜在预测与当前的天气预报科学相提并论,后者还涉及对复杂,混乱过程的预测(同样,一周左右的准确性也会下降)。“我们已经知道大约每12到14个月就会发生一次新的缓慢地震,但我们不知道确切的发生时间。我们已经表明,似乎有可能确定断层何时会滑脱几天在发生之前,类似于提前几天准确预测天气的方式。”

  一个关键问题是,对滑坡地震的发现是否可以转化为经常发生的地震,这些地震撼动了城市并危及生命和财产安全。去年,米歇尔(Michel),阿沃亚克(Avouac)和瓜拉迪(Gualandi)报告了证据,证明滑坡地震是其破坏性更强的表亲的良好模拟。

  “如果我们在慢地震和常规地震之间得出的类比是正确的,那么常规地震是可以预测的,” Avouac说。“但是即使常规地震是确定性的,可预测性范围也可能很短,可能在几秒钟的数量级,其效用可能有限。我们还不知道。”


卡斯卡迪亚的慢地震是可以预见的