地震“慢鏡頭”

利用早期的全球定位通信衛(wèi)星（GPS），德雷奇特在加拿大不列顛哥倫比亞省溫哥華島建立了四個監(jiān)測點，他的初衷是通過觀察它們隨時間變化的位置移動，發(fā)現(xiàn)太平洋西部地區(qū)地震時的地面移動情況。而讓他意想不到的是，他在該島南部艾伯特海岬的監(jiān)測點發(fā)現(xiàn)了一種奇特的地震“慢動作”——每隔一兩年時間，這里的地質(zhì)板塊會向西慢慢移動，歷時幾星期后停止，如此周而復(fù)始。說它奇特，是指這樣的地質(zhì)活動太過緩慢，不會形成地震，但與正常的地層蠕動相比，它又太快了。

在發(fā)現(xiàn)地震“慢動作”現(xiàn)象20年后，德雷奇特和他的同事們才認識到，對于地震科學(xué)研究來說，他們在艾伯特海岬的發(fā)現(xiàn)有多么重要。這種緩慢的地震活動現(xiàn)在被稱為“慢滑移”，通常在地質(zhì)斷層兩側(cè)以同樣的距離移動時發(fā)生。與大地震不同的是，它不是在幾秒鐘內(nèi)瞬間發(fā)生，而是緩慢地進行，時間可持續(xù)幾個星期甚至幾個月，就好似大地震的“慢鏡頭”。科學(xué)家認為，它像地震，所不同的是，它的速度非常緩慢。

地質(zhì)學(xué)家如今正在對慢地震現(xiàn)象進行研究，從日本到新西蘭到哥斯達黎加，都是他們密切關(guān)注的地方。最近發(fā)生的幾次大地震（包括2011年的日本東北大地震）都表明，周期性的慢滑移活動有可能是大地震的先期預(yù)兆，而對慢滑移現(xiàn)象的研究或許可以幫助科學(xué)家更準確地預(yù)測下一次大地震。

慢滑移與應(yīng)力積聚和釋放

艾伯特海岬跨越美國西北角和加拿大不列顛哥倫比亞省西南部，這一跨境地質(zhì)帶被稱為卡斯卡底古陸，是由巨大的胡安德富卡板塊俯沖至北美板塊下方形成的。當前者滑向后者下面時，應(yīng)力漸漸積聚起來，而在地震發(fā)生時，這些應(yīng)力就被釋放出來，壓力得到緩解。最近的一次大逆沖型地震（世界上最大級別的地震，發(fā)生在俯沖帶）發(fā)生于1770年，在那次大地震中，卡斯卡底古陸海岸線沿岸的許多樹木都被地震引起的海嘯淹死，慘烈的大地震在沿岸還留下了其他許多無聲的證據(jù)。

當一個地質(zhì)板塊向另一個地質(zhì)板塊俯沖時，可一直向下俯沖50千米，導(dǎo)致地殼溫度驟然升高，使脆弱的地殼變得更加容易滑動，而流動的巖漿則緩解了壓力的積累。在地殼上層的堅硬部分和下層的流動部分之間的區(qū)域被稱為“過渡區(qū)”，如今被更準確地稱為“慢滑移區(qū)”，慢滑移事件就發(fā)生在這個過渡區(qū)里。慢滑移區(qū)也是科學(xué)家了解最少的區(qū)域。

慢滑移事件可幫助科學(xué)家更好地估算俯沖帶所有板塊活動的應(yīng)力積聚和釋放情況，一次慢滑移事件釋放的應(yīng)力可相當于里氏7.0級甚至更大級別地震釋放的應(yīng)力。科學(xué)家說，這是地震研究中的一個非常重要的組成部分，但由于不知道它的存在，很多年來，我們錯失了太多了解它的機會。

在有些地方，慢滑移就像鐘表發(fā)條一樣慢慢地釋放著應(yīng)力，例如卡斯卡底古陸慢滑移事件發(fā)生的周期大約為15個月。而在另外一些地方，更多的慢滑移事件是偶發(fā)性的。在某些地區(qū)還可能有不只一種慢滑動模式，例如在日本，既有每3～5年發(fā)生一次的周期較長的慢滑移事件，持續(xù)時間可長達好幾個月，也有一些歷時很短但更為頻繁的慢滑移事件。

除了卡斯卡底古陸之外，日本也是世界上研究慢滑移最好的地方。1995年破壞性的神戶大地震之后，日本各地都安置了許多復(fù)雜的地震檢測儀器。本世紀初，日本研究人員在日本西南部地區(qū)發(fā)現(xiàn)了間歇性的較為微弱的地震“震顫”。這種震顫在地震數(shù)據(jù)讀數(shù)器上顯示為波浪型的線條，就像暴風雨中的背景噪聲。

這種震顫通常伴隨著慢滑移，發(fā)生在慢滑移之前或之后，有時則根本不出現(xiàn)慢滑移。偶爾震顫會以反方向運行，有時還會明顯加速?？茖W(xué)家對于這些現(xiàn)象目前還了解太少。

慢滑移和震顫可能代表了地下深處地震活動的兩個方面：由于慢滑移過于緩慢，通常不會產(chǎn)生地震波；在偶然的情況下，斷層兩側(cè)的某些部分可能因迅速滑移而產(chǎn)生比背景噪聲稍高一些、勉強能夠檢測出來的地震波。

慢滑移或醞釀超級地震

但是，尋求這類問題的答案非常重要，因為這事關(guān)對大地震發(fā)生風險的預(yù)測。科學(xué)家說，卡斯卡底古陸的下一次大型逆沖斷層超級大地震或者即將來臨，或者已過了預(yù)期的時間，隨時可能爆發(fā)。然而，令人擔憂的是，這一地區(qū)的建筑規(guī)范和地震預(yù)防措施目前還遠遠落后于加利福尼亞州的地震活躍區(qū)。2009年發(fā)表的一篇論文稱，慢滑移正在卡斯卡底古陸的地底深處發(fā)生，一旦超級大地震發(fā)生，地震襲擊將遠遠深入內(nèi)陸地區(qū)，生活在華盛頓州西部地區(qū)和加拿大一些地區(qū)的人們都將受到地震的影響，而不僅僅是海岸地區(qū)。

迄至今日，已經(jīng)檢測到的最大的慢滑移事件于2010年發(fā)生在卡斯卡底古陸。當年8月下旬，地震儀檢測到溫哥華島南部的震顫。隨著時間的推移，震顫向南延伸到華盛頓州，最遠至西雅圖。直到10月中旬，震顫才漸漸止息，總共持續(xù)了42天，其中震顫時間總計為618小時。這是迄今檢測到的持續(xù)時間最長的一次慢滑移事件。這一地區(qū)的慢滑移事件至少已發(fā)現(xiàn)了6次，但之前的慢滑移事件都不像這一次持續(xù)了如此長的時間。

最大的問題是，卡斯卡底古陸的慢滑移事件究竟意味著什么？一些科學(xué)家認為，慢滑移有可能會增加俯沖板塊某個特定部位的應(yīng)力。對發(fā)生在2009年8月的一次卡斯卡底古陸慢滑移事件的研究表明，震顫主要集中于斷層滑動最快的部位。如此來看，慢滑移有可能將應(yīng)力轉(zhuǎn)移并加載到板塊的某個部位，發(fā)生大地震時，這些部位可能更易斷裂。

理論研究也支持了這種說法。有科學(xué)家利用計算機模擬慢滑移事件發(fā)生時各種因素，如俯沖帶的流體壓力、熱傳輸和摩擦力等的變化。結(jié)果表明，慢滑移事件可能導(dǎo)致滑動失控，這種失控在大型逆沖斷層地震發(fā)生時將達到高潮。但到目前為止，科學(xué)家既無法提前預(yù)知是否將發(fā)生慢滑移失控，也無法預(yù)知何時會失控。

地震科學(xué)研究的另一個挑戰(zhàn)是了解大地震是否因慢滑移而觸發(fā)。據(jù)認為，1999年發(fā)生在土耳其伊茲米特的地震可能是這樣，2011年3月的日本東北地震可能也是這樣。

一個日本地震研究團隊在日本東北大地震之前，發(fā)現(xiàn)了兩次靠近地震震中的慢滑移事件。第一次慢滑移從2011年2月中旬持續(xù)到2月底，隨后發(fā)生了震級為7.3級的大地震，這次慢滑移事件也成為大地震前最大的一次前震。緊接著開始的第二次慢滑移緩慢向西移動，其抵達的海底在之后發(fā)生的9.0級大地震中斷裂。

盡管有了這些發(fā)現(xiàn)，科學(xué)家仍然不明白所有這一切究竟意味著什么：是慢滑移直接引發(fā)了地震，還是慢滑移只是與地震相關(guān)，但并非直接原因？

慢滑移與地震預(yù)測研究

要確定這一點，一種方法是監(jiān)測分析大地震之前與之后的慢滑移所起的作用，但這樣的監(jiān)測對于日本來說十分困難，因為日本大部分的俯沖板塊都被深埋在遠離海岸的海底。不過，對于哥斯達黎加來說，監(jiān)測慢滑移相對容易一些，因為那里的地殼板塊向下潛入到相當接近尼科亞半島的地方，距離海岸線大約15千米，這意味著科學(xué)家可以在陸地上設(shè)置監(jiān)測站，近距離地了解地殼表層正在發(fā)生的事情。

目前，一個美國科學(xué)家團隊在尼科亞半島上建立了GPS檢測點，并安置了地震檢測儀器。他們發(fā)現(xiàn)，較大的慢滑移事件往往伴隨有震顫發(fā)生，大約每兩年發(fā)生一次，最近一次是在2011年夏天。據(jù)此推算，下一次較大的慢滑移事件可能開始于2013年夏天。

2012年9月，哥斯達黎加在發(fā)生7.6級地震的幾星期前曾有過一些震顫活動。由于已經(jīng)知道這里的俯沖帶醞釀一場大地震的條件已經(jīng)成熟，所以科學(xué)家事先設(shè)置了一些地震檢測儀器，他們正好抓住這個很好的機會監(jiān)測板塊邊界，以觀察斷層破裂之后的活動情況。

還有科學(xué)家正在觀察從該俯沖帶向北直到更遠的墨西哥瓦哈卡州的情況。2012年3月，7.4級地震發(fā)生的幾個月前，那里的慢滑移活動（而不是震顫）明顯增強。慢滑移似乎隨著時間的推移漸漸轉(zhuǎn)移，它最終所到達的地方或許就是大地震發(fā)生的地方。科學(xué)家說，每次慢滑移事件之后不一定會發(fā)生大地震，但慢滑移事件的出現(xiàn)確實增加了大地震發(fā)生的概率。

地震學(xué)家正在收集更多的現(xiàn)場數(shù)據(jù)，以研究慢滑移現(xiàn)象的發(fā)生和影響，還有一些科學(xué)家試圖讓計算機更好地模擬卡斯卡底古陸、哥斯達黎加等地的地震慢動作，以了解慢滑移的一些物理學(xué)原理。

除此而外，還有沒有方法更好更多地了解慢滑移？一種設(shè)想是用鉆頭直接鉆入斷層檢測慢滑移情況，研究慢滑移現(xiàn)象的一些特征，如流體如何在巖石上滑移，以及斷層各部分應(yīng)力的變化和差異等。一個美國科學(xué)家小組將目光投向日本的“地球號”深海鉆井船。與其他研究船只相比，它可以鉆探到更深的海底?？茖W(xué)家正在爭取獲得支持，鉆探進入新西蘭海岸外的希庫朗伊俯沖帶，在那5～15千米深處的地方，慢滑移以18～24個月的周期周而復(fù)始地發(fā)生著。

對于地震預(yù)測來說，發(fā)現(xiàn)慢滑移現(xiàn)象的意義也許非同尋常。如果科學(xué)家的想法是正確的，利用地震慢動作來預(yù)測下一次大地震也許真的可以夢想成真。

地質(zhì)學(xué)家利用GPS衛(wèi)星定位檢測被稱為“慢滑移”的緩慢地殼運動。右圖為華盛頓州奧林匹斯山的地震監(jiān)測點。

1700年卡斯卡底地震

1700年卡斯卡底地震是1700年發(fā)生在卡斯卡底隱沒帶的一場矩震級為8.7至9.2的大型逆沖區(qū)地震。這場地震源于太平洋下的胡安德富卡板塊，該板塊起于加拿大西南部不列顛哥倫比亞的溫哥華島中部，沿太平洋西北地區(qū)海岸伸展。這場地震造成的斷層長度約為1000千米，平均落差約20米。這場地震還造成了襲擊日本沿岸的海嘯，同時也可能是美國俄勒岡州著名地質(zhì)結(jié)構(gòu)“眾神之橋”的成因。右圖為俄勒岡州現(xiàn)代修建的同名大橋橋墩上繪制的“眾神之橋”。

胡安德富卡板塊向北美板塊下面俯沖，兩個板塊在靠近地面的地方卡在一起并互相擠壓，而在地下深處則有規(guī)律地緩慢滑動。周期性的慢滑移

每隔15個月左右，加拿大不列顛哥倫比亞省艾伯特海岬GPS監(jiān)測點的慢滑移便會漸漸向西移動，暫時性地扭轉(zhuǎn)其向東漂移的活動（用紅色圓點表示），這種突然性的逆轉(zhuǎn)運動是地下深處正在發(fā)生慢滑移的信號，通常持續(xù)幾個星期至幾個月（藍色圓點代表南北方向的運動）。

慢滑移事件往往伴隨著震顫活動（上），它出現(xiàn)在地震記錄圖上的信號同普通地震信號（下）是完全不一樣的。

2012年8月和10月之間，太平洋東北地區(qū)經(jīng)歷了有史以來持續(xù)時間最長的慢滑移事件。 它開始于加拿大的溫哥華島（紅色圓點），在幾星期內(nèi)向南轉(zhuǎn)移，進入奧林匹克山脈，最終深入華盛頓州（藍色圓點）。