监测断层的新方法可能有助于预测地震

华盛顿特区——卡内基研究院的科学家发现了一种监测地球深处的地质断层强度的方法。这一发现通过查明有可能破裂并产生地震的断层从而可能对地震预测提供帮助。在此之前，科学家还没有探测断层强度变化的方法，这种变化无法在地球表面加以测量。

卡内基研究院地磁系的 Paul Silver* 和 Taka’aki Taira、赖斯大学的Fenglin Niu以及加州大学伯克利分校的Robert Nadeau在20年的时间里利用高灵敏度地震计探测了地震波穿过加州帕克菲尔德附近的圣安德烈亚斯断层区的时候的细微变化。这些地震波的变化标志着这个断层的减弱，而且与该断层附近小型地震发生率增加的时期相符合。

“断层强度是地震区的一个基本属性，”如今在加州大学伯克利分校工作的Taira说。“地震是由断层破碎导致的，这或者是由于应力的积累，或者是由于断层变弱。断层强度的变化比应力的变化更难以测量，特别是对于地壳深处的断层。我们的结果为监测地震风险并理解地震成因带来了令人激动的可能性。”

圣安德烈亚斯断层靠近帕克菲尔德的部分有时候被称为“世界地震之都”，它被地震学家深入研究过，而且地震学家在此区域铺设了被称为高分辨率地震网络的一组复杂的钻孔地震计和其他地球物理学仪器。由于该地区遇到了无数重复发生的小型地震，它是研究地震物理学的一个天然实验室。

来自小型地震的震波图揭示出了在这个断层区内部存在充满液体的裂缝。吸引了这组科学家的注意力的是这些区域有时候会轻微移动。重复发生的地震也在这些时间间隔里变得更小和更频繁——这是变弱的断层的迹象。

“在这些裂缝中的液体的运动润滑了断层因此也就削弱了断层，”Niu说。“在约3千米的深度下，这些液体的总位移大约只有10米，因此需要用非常灵敏的地震计探测这些变化，就像我们在帕克菲尔德安装的。”

是什么导致了这些液体的位移？有趣的是，这些科学家注意到了有两次位移是在断层区被来自更大、更遥远的地震的地震波扰动之后出现的，诸如2004年的苏门答腊-安达曼地震。来自这些地震波的压力可能足够导致这些液体的流动。“因此有可能断层的强度和地震的风险受到了来自地球另一边的地震事件的影响，”Niu说。

该论文发表在了10月1日出版的《自然》杂志上。

* Paul Silver于今年8月在一起汽车事故中不幸身亡。

该研究受到了国家科学基金会的资助，资助编号EAR-0337308、 EAR-0408947、EAR-0409024、EAR-0453638、EAR-0537641、EAR-0544730和DTM-2025-01，也受到了华盛顿卡内基研究院地磁系的资助。帕克菲尔德高分辨率地震网络是由加州大学伯克利分校地震学实验室运营的，受到了来自美国地质调查局国家减少地震风险项目的财政支持，资助编号07HQAG0014。地震和测地数据分别存放于北加利福尼亚地震数据中心和美国地质调查局。

卡内基科学研究院（www.CIW.edu）自从1902年以来一直是基础科学研究的一支先锋力量。它是一个私人的非营利组织，在美国各地拥有6个研究部门。卡内基研究院的科学家是植物生物学、发育生物学、天文学、材料科学、全球生态学以及地球和行星科学的领导者。