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一个奇怪的地震群持续了好几年，现在科学家终于知道了为什么

百家作者：大数据文摘 2020-07-07 15:17:06

大数据文摘出品

来源：nationalgeographic

编译：zeroinfinity

2016年初，在没有大张旗鼓的情况下，南加州无声地爆发了一大堆地震。地震并非每天都会发生，大多数地震对人类来说太小了，但是震颤不断地继续蔓延和繁殖。到2018年春季，每个月都会发生数千场小地震，其中一些大到足以使灯摇晃并使附近的居民恐慌。在过去的四年中，已经有超过22,000次地震。然而，所有这些震动原因成谜。

现在，通过一张高分辨率的地震群分布图，科学家们回归分析推测了可能的原因。这些结果将有助于世界各地的地质学家更好地阐明大或小地震的潜在物理原理。最终，类似的工作甚至可以改善实时地震监测。

该分析使用计算机算法来归整微小颤抖的位置和时机，从而在沿着蜘蛛网状裂缝网络展开的过程中绘制出令人震撼的详细地震群肖像。这张关于地震群扩张的范围图显示地震带触发范围在自然注入断层系统的流体附近。这项工作暗示流体可能在世界各地检测到的其他群中起作用，并且所使用的方法被证明能够完善全球地震分析预测。

来自波多黎各大学马亚圭斯校区的地震网络台的地震学家Elizabeth Vanacore（他不是研究小组的成员。）说：“这里的细节令人难以置信。这类工作是最前沿的，也是科学的发展方向。”

定位地震源

华盛顿大学海洋地震学家艾米莉·罗兰德（Emily Roland）说，沿着断层线，地壳中的裂隙曾经被想象成简单的结构，但是“实际上，断层带是非常复杂的地方”。一些断层可能会弯曲，其他的断层在地下纵横交错。在一个新研究中分析显示，裂缝编织在一起将会是一个绵延数英里的地下迷宫。

直到2017年，一个错综复杂的地震群结构的才被人们注意到，当时一位来自好奇的公民发电子邮件给南加州地震台网，要求提供有关该州一系列微小但分布广阔的地震的信息。

负责这项研究的加利福尼亚理工学院地球物理学家扎卡里·罗斯（Zachary Ross）说，粗略地看一下该地区并没有发现任何非凡之处。该杂志于6月18日发表在《科学》杂志上。距活跃的圣哈辛托断裂带约10英里，该地区经常遭受轻微的地震。但是，通过更深入地研究该地区的地震历史，研究人员意识到电子邮件的作者所发现的事实：从一年前的2016年开始，一群小地震在印第安纳州Cahuilla地区边缘荡漾。

这种小地震群与大地震不同，大地震通常遵循一种熟悉的模式：强烈的事件或主震，随后是一系列余震，其强度和频率在可预测的时间内逐渐减小。

地震群完全是另一种模式的地质运动。这些事件几乎没有规律或原因，有时由数百或数千个小型或中度但大小相似的地震组成。大多数地震群会在数小时，数天甚至数月内爆发为一系列地震。Vanacore说，在波多黎各的地震群尤为明显，爆发往往持续36至48小时。

尽管许多震群与火山爆发有关，但整个区域其他震群甚少有明显地质活动。这些事件造成破坏的可能性差异很大。从2016年初到去年，Cahuilla地震带涌出了许多小地震群-但所有震动都是微不足道的，而且四年来它们从未造成重大破坏。

加州大学里弗赛德分校的地震学家阿比吉特·戈什说：“它们的开始方式以及为形成原因是一个有争议的问题。”

为了详细研究这些事件，科学家需要一种方法来找出地震数据中所有微小的震颤。在过去的几年中，Ross和他的同事一直在研究利用机器学习来检测和监视地震的新方法。通过将人类专家标记的地震数据输入到神经网络的算法中，该机器学习模型能够从繁杂的地震仪数据中识别出微小的地震。

Ross说：“我们决定在[Cahuilla群]数据集上试验这一方式。”

地下迷宫

团队工作的结果是通过对Cahuilla群一系列非常复杂的观察，研究人员得出的结论是，断层结构下方残留着大量的流体，例如水或液态二氧化碳。多年以来，这种流体一直被隔离在断层系统之外，但在2016年，有一些突破使得流体注入到断层中，改变了系统的压力并润滑了裂缝，这引发了该群约五英里深的第一次地震。

在接下来的几个月中，这些群从这个狭窄的起点缓慢向上和向外迁移。放射状的地震波沿着岩石的地下裂缝呈扇形散开，这正是流体扩散的方式。地震前沿的某些路径最终消失了，也许是因为流体到达了裂缝的尽头。其他时候，地震似乎在边界处停顿，向侧面迁移，然后恢复其轨迹，就像一条河流绕着岩石流过。

在地震群开始活动将近三年之后的2018年8月，一种特别坚决的封锁似乎阻止了液体的上升进程。使得地震改变了方向，并最终找到了一条新的路径来恢复其向地面的传播。那是当水流触发了地震群中最大的地震时候-4.4级的地震，正上方的任何人都会有震感。罗斯说，地震是“对系统的巨大冲击”，在震群活动消失之前，最后一股能量中引发了系列较小的地震。

总的来说，这项研究提供了令人信服的震群肖像，显示出流体涌入断层带并在南加州南部的岩石中引发了为期四年的震颤。同理，相似的流体注入模式可能会在世界上其他地方产生震群，当然也不排除有多种原因造成了地震群。

Vanacore说：“每个构造区域的每个群体都有其自己的特异和特征。” 例如，波多黎各的蜂群在水面下陷得相对较深，这可能是由于构造板块向地下坠落而破裂的结果。

这项研究还展示了机器学习如何帮助地质学家描绘出我们脚下星球地域的详细情况。每次地震都像点画派画中的一个点。通过研究最大的地震，您只会看到一些斑点。但是，通过填补微小的震颤，对我们星球上许多吱吱作响和颤动背后的复杂物理学的完整描述开始出现。