“地球”號鉆探船即將探測日本地震帶
——震后快速考察將測量斷層余熱＊

Nicola Jones

“地球”號鉆探船即將探測日本地震帶
——震后快速考察將測量斷層余熱＊

Nicola Jones

在經(jīng)歷了2011年3月11日日本東北部毀滅性地震所引發(fā)的海嘯的強烈顛簸和重創(chuàng)之后，日本“地球”號（Chikyu）鉆探船被賦予了一項非常適合自己的新的使命：在靠近引發(fā)海嘯的9.0級東日本地震震中的斷裂帶開展鉆探業(yè)務(wù)并進行溫度測量。一次地震發(fā)生后不久，研究人員即開展水下斷層鉆探，這在歷史上還是第一次。此次作業(yè)的目的是破解幾十年來的一個未解之謎：摩擦在類似地震事件中究竟起著什么作用。這應(yīng)該會幫助科學(xué)家搞清為什么有些斷層比其他斷層更有可能引發(fā)海嘯——具體到本次事件中，海嘯最終奪走了超過23 000人的生命。

綜合大洋鉆探計劃（IODP）管理集團主席兼首席執(zhí)行官Kiyoshi Suyehiro說：“這次巨大地震使斷裂帶溫度升高，如果我們不能從該斷裂帶中獲取盡可能多的信息，那對社會將是一種巨大的傷害。”在該項提議最初于2011年9月份獲得批準(zhǔn)后，IODP現(xiàn)已確認，用于“地球”號2012年4月份起航的經(jīng)費已經(jīng)到位，鉆探地點就在此次地震的震中以南（圖1）。

此次考察官方稱之為“日本海溝快速鉆探計劃”，其科學(xué)依據(jù)在2009年的一份報告中有詳細說明，那份報告提議，如果一次地震中地面滑動超過1m，則應(yīng)該在震后盡早開展穿過斷層線的快速響應(yīng)鉆探業(yè)務(wù)。此次東日本大地震創(chuàng)下有史以來觀測到的最大位移的新紀(jì)錄——高達50m——所以不失為一個理想的考察目標(biāo)。

圖1 斷層探測。研究人員計劃在引發(fā)東日本大地震的斷層發(fā)生大幅度移動的地方進行鉆探作業(yè)

“目前，地震學(xué)需要解決的一個基本問題是：巖石為什么會發(fā)生幾十米的位移？”Jamesmori說，他是日本京都大學(xué)防災(zāi)研究所的一位地震學(xué)家、快速反應(yīng)報告的作者和即將開始的本次鉆探項目的聯(lián)合主席。研究人員認為，巖石發(fā)生大幅度位移的一個重要原因是地震期間斷裂線中的巖石板塊、沙子和水之間的阻力大幅下降——例如由巖石熔化或水壓增大引起的阻力下降——但沒有人能夠準(zhǔn)確地測量出這種效應(yīng)。因為摩擦?xí)鳛闊崃慷?，所以溫度的精確數(shù)據(jù)將填補一個至關(guān)重要的知識空白。

“因為不知道我們即將調(diào)查的地震屬于什么類型，所以我們做了許多規(guī)劃”，加州大學(xué)圣克魯茲分校的Emily Brodsky說，她也參與此次鉆探任務(wù)。

當(dāng)陸地上發(fā)生地震后，研究人員以前也曾嘗試過對地下溫度進行測量，那3次監(jiān)測分別發(fā)生在1995年日本神戶地震、1999年臺灣集集地震和2008年中國四川省汶川地震之后。但這些項目得到的溫度讀數(shù)很少，測得的溫度升高也微不足道，或者根本沒有測到溫度升高——可能是因為溫度上升太小而無法看到，也可能是因為監(jiān)測技術(shù)有缺陷?！耙粋€反復(fù)出現(xiàn)的主題是，這些斷層的溫度似乎不應(yīng)該這么低”，Brodsky說。這次東日本大地震的滑移更大，預(yù)期溫度可能上升了高達0.5℃，這為我們提供了一個跟蹤測量的更好的機會，她說?！斑@件事情我們必須做，盡快做，而且要測得很精確。”

“地球”號將通過斷層向下鉆探1 km，并通過鉆孔放下一串溫度傳感器。溫度跟蹤測量將持續(xù)1到3年（比以前的嘗試長得多），由此，研究人員應(yīng)該能夠計算出此次地震所產(chǎn)生的總熱量。這將為他們提供滑動期間在斷層內(nèi)感覺到的阻力數(shù)據(jù)，由此填補地震動力學(xué)模型的空白?！斑@正是我們所缺少的關(guān)鍵信息，”加州理工學(xué)院（Pasadena）地質(zhì)學(xué)家Jean-Philippe Avouac說，他并沒有參與這個項目。

要完成此次鉆探可不是一件容易的事情。作為選中的鉆探地點，Tohoku斷層位于水下7 km另加約700m厚的地殼，所以需要一個巨大的鉆桿。此前，在如此深的水域只取回一塊15m的很小的巖心，Brodsky說；大部分巖心都取自水下6 km或更淺的地方。

除了溫度測量，該項目還將對取回的巖心內(nèi)的沉積物進行檢測。某些沉積物的結(jié)構(gòu)，如滾珠狀的粘土顆粒，可能與大滑移量地震相關(guān)。識別出這些特點將會幫助科學(xué)家預(yù)測其他斷層滑動的可能性。

從東日本大地震中收集寶貴信息的使命象征著“一種機遇，抑或是一種責(zé)任”，Mori說。他又指出，此次事件造成的破壞幾乎都是由海嘯造成的。“我們真正想要了解的就是什么原因?qū)е铝诉@種結(jié)果?！?/p>

資料來源：http：∥www.nature.com／news／2011／111031／full／479016a.html

原題：Drilling ship to probe Japanese quake zone——Fast-tracked expedition willmeasure fault’s residual heat

（四川機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院 徐寶學(xué) 譯；左玉玲 校）

（譯者電子信箱，徐寶學(xué)：xbx0505＠163.com）

P315；

D；

10.3969／j.issn.0235-4975.2011.12.001

2011-11-08。