一場持續(xù)了50天的“幽靈地震”

沃梓穎

黎明的太陽，在土耳其伊斯坦布爾的奧塔科伊清真寺投下玫瑰色的光芒。附近馬爾馬拉海的鉆孔揭示了那里曾發(fā)生一場持續(xù)了50天的慢地震。

2016年的夏天，在土耳其的內(nèi)海馬爾馬拉海東部，發(fā)生了一場5.8級的大地震。這不足為奇，畢竟該地區(qū)在過去曾多次發(fā)生強(qiáng)烈的地震。問題是，這場地震持續(xù)了50天，而且沒有一個人察覺到它。

根據(jù)地震學(xué)家的說法，這場地震其實屬于一種非常奇特的地震類型，被稱為“慢地震”。典型的地震通常是斷層突然發(fā)生滑動產(chǎn)生的，而慢地震發(fā)生時，所涉及到的斷層會緩慢且溫和地發(fā)生滑動，而且不會產(chǎn)生具有破壞性的地震波，這意味著它們不會產(chǎn)生明顯的震感?？梢哉f，慢地震是一種“幽靈地震”。

那么，慢地震究竟是怎么形成的？研究它們對防震減災(zāi)有何種幫助呢？下面，我們就來談一下。

緩慢地發(fā)生滑動

在過去，地震學(xué)家的共識是，斷層可能主要以兩種方式發(fā)生滑動。一種方式是，斷層兩側(cè)以“粘結(jié)-滑動”的形式發(fā)生滑動。斷層兩側(cè)的巖石若要滑動必須克服強(qiáng)大的摩擦力，因此在通常情況下，兩盤巖石好像互相粘在一起，誰也動彈不了，粘結(jié)在一起的時間有時最長可達(dá)數(shù)十萬年。直到作用到斷層上的外力積累到等于或大于摩擦力時，兩側(cè)才會發(fā)生突然滑動，彼此錯開，能量釋放出來。這就是所有典型地震產(chǎn)生的方式。外力減弱后，兩側(cè)的巖石受到摩擦力的阻礙，會再次粘結(jié)不動，直到外力再積累到一定程度時，才可能發(fā)生下一次的滑動，并引發(fā)下一次的地震。

另一種方式是，斷層兩側(cè)以很慢的速度發(fā)生滑動，其速度不會快于人指甲生長的速度。通常來說，這種滑動并不會產(chǎn)生地震。

然而，在21世紀(jì)初期，地震學(xué)家在太平洋西北部的卡斯卡迪亞俯沖帶中第一次發(fā)現(xiàn)了慢地震。慢地震的發(fā)現(xiàn)，使地震學(xué)家意識到，斷層還有第三種滑動方式。這種滑動方式釋放出的能量與典型的大型地震突然釋放的能量相當(dāng)，但斷層滑動的過程所需的時間十分長，以至于能量不會轉(zhuǎn)化為具有破壞性的地震波，也無法產(chǎn)生任何明顯的地表震動。如果典型的地震可以類比成火藥的爆炸的話，那么慢地震更像是蠟燭慢慢燃燒。

土耳其那場5.8級慢地震總共花了50天，這聽起來很長，但地震學(xué)家檢測過許多經(jīng)歷時間更長的慢地震。目前為止觀測到的經(jīng)歷時間最長的慢地震發(fā)生在美國的阿拉斯加，地震等級為7.8級，它至少花了9年時間才結(jié)束。

尋獵“幽靈地震”

慢地震不產(chǎn)生較強(qiáng)的地震波，不產(chǎn)生任何明顯的地表震動，所以，除非你仔細(xì)尋找，否則很容易錯過許多慢地震事件。

地震學(xué)家是基于全球定位系統(tǒng)（GPS）中記錄地球表面形狀的變化的數(shù)據(jù)，才首次發(fā)現(xiàn)了慢地震現(xiàn)象。而對于土耳其那場慢地震，地震學(xué)家是利用馬爾馬拉附近的鉆孔檢測到的。這些鉆孔安裝了很多應(yīng)變計，這種設(shè)備可以檢測到周圍巖石緩慢的形變。

而在慢地震發(fā)生時，沿著斷層有時會產(chǎn)生非常小的震動，地震學(xué)家可以監(jiān)測這種震動，來實時地跟蹤慢地震的動態(tài)。一個類比就是，當(dāng)有人走在樓上的木制地板時，我們看不見這個人，但我們可以通過人在木材產(chǎn)生的腳步聲來跟蹤這個人的運(yùn)動情況。

隨著研究的繼續(xù)，地震學(xué)家發(fā)現(xiàn)，慢地震是一個非常普遍的現(xiàn)象，大部分的慢地震不會引發(fā)自然災(zāi)害。它們通常產(chǎn)生在世界各地的俯沖帶附近，許多地方還會出現(xiàn)重復(fù)性的慢地震。

例如，在太平洋西北地區(qū)，平均每15個月就會發(fā)生一次6.0級的慢地震，每次持續(xù)時間兩到三周。在日本南部琉球俯沖帶，也有類似震級的周期性慢地震發(fā)生，間隔5至9個月。

在新西蘭，有兩個地方經(jīng)常出現(xiàn)慢地震。一個位于首都惠靈頓的下方，地震等級通常為7.0級，但是因為它們每隔12到18個月的時間才會發(fā)生一次，并且它們發(fā)生在相當(dāng)深的地下，所以這個城市的居民是根本無法察覺到這些慢地震的。另一個地方位于新西蘭北島的東北角。慢地震發(fā)生的地方位于地面以下較淺的地方，每18個月到兩年發(fā)生一次慢地震，其地震等級與惠靈頓的類似。

這些重復(fù)性的慢地震，為地震學(xué)家提供了一個難得的機(jī)會，可以在恰當(dāng)?shù)臅r間安裝儀器來檢測它們。

是誰減緩了斷層滑動

地震學(xué)家已經(jīng)逐漸掌握了檢測慢地震的方法，但有一個更重要的問題仍有待解決，那就是為何慢地震發(fā)生時斷層滑動所需的時間延長了。

一種可能是，斷層中某些材料本身就十分潤滑。另一種可能是，產(chǎn)生慢地震的斷層，周圍充滿了高壓的水等液體，這些液體起到了潤滑作用，使得地震持續(xù)的時間大為增長。在實驗室進(jìn)行的模擬實驗似乎支持了后面這一觀點，但目前尚不清楚現(xiàn)實世界中，其真實情況是否與實驗室中的一致。

不過，實地考察可能有助于解決這個問題。地震學(xué)家已經(jīng)在馬爾馬拉海周圍安裝了更多的應(yīng)變計，而在新西蘭希古朗基俯沖帶的部分地區(qū)，地震學(xué)家也埋下了很多檢測設(shè)備，以揭示慢地震的斷層特征。此外，來自國際大洋發(fā)現(xiàn)計劃（IODP）的研究人員還計劃在可發(fā)生慢地震的俯沖帶鉆個洞，一直鉆到斷層那里，這樣就可以直接對斷層那里的物質(zhì)進(jìn)行采樣。同時，通過向該區(qū)域發(fā)送人造地震波，來對那里的斷層結(jié)構(gòu)進(jìn)行繪制。

預(yù)測地震的突破口

對慢地震的研究，還可以幫助我們更好地了解那些典型的具有破壞性的地震。

許多觀測記錄表明，典型的大地震可以引發(fā)慢地震。例如，在2016年，新西蘭凱庫拉發(fā)生了一場7.8地震之后，整個地區(qū)都發(fā)現(xiàn)了慢地震。那么反過來，慢地震可以引發(fā)普通的大地震嗎？地震學(xué)家認(rèn)為有這種可能，但目前還無法給出確切的答案。例如在2011年，日本東北部的近海發(fā)生了一場9級大地震，但在大地震發(fā)生前不久，那里就產(chǎn)生了一場慢地震，雖然地震學(xué)家還無法判斷這場慢地震是否與隨后的大地震存在聯(lián)系。

如果最終證實在大型地震發(fā)前，通常會有慢地震發(fā)生的話，那么檢測慢地震將成為預(yù)測大地震的突破口。不過，就目前而言，地震學(xué)家還不知道如何區(qū)分可能引發(fā)大地震的慢地震和無害的慢地震。