地震群是如何產生的？

地震群是如何產生

當長期被摩擦力固定在原地的地殼突然滑落、顛簸時，地震會突然爆,發出地動山搖的能量。

史丹福大學能源與環境科學學院地球物理學副教授埃裡克·鄧納姆說:&34;

但在更深的地方，這些巖塊可以穩定地相互滑動，沿著地殼中的裂縫爬行，速度和指甲的生長速度差不多。

在斷層的下層和上層之間存在著一條邊界，這條邊界可能會持續幾個世紀的時間。科學家們幾十年來一直在思考是什麼控制了這條邊界，它的運動及其與大地震的關。 其中最主要的未知數是流體和壓力如何沿著斷層遷移，以及如何導致斷層滑動。

鄧納姆和同事開發的一個新的基於物理學的斷層模型提供了一些答案。該模型顯示了流體如何通過配合抬升，逐漸削弱斷層。在大地震發生前的幾十年裡，它們似乎將邊界或鎖定深度向上推進了一兩英裡。

遷移群

地震序列和無震滑移模擬中的斷層與孔隙壓力演變

9月24日發表在《自然·通訊》上的這項研究還顯示，隨著高壓流體脈衝向地表靠近，它們會引發地震群。這種地震群聚集在一個局部區域，通常會持續一周左右。地震群產生的震動往往太過細微，人們無法察覺。但並非總是如此，例如，2020年8月在加州聖安德烈亞斯斷層南端附近的地震群產生了4.6級地震，其強度足以撼動周邊城市。

地震群中的每一次地震都有自己的餘震序列，而不是一次大的主震後有許多餘震。鄧納姆解釋說：&34;

模型繪製出了這種遷移的工作原理。過去20年的許多先進地震建模都集中在摩擦力在解開斷層中的作用，而新研究則利用一個簡化的、垂直穿過地球整個地殼的斷層二維模型，對斷層區的流體和壓力之間的相互作用進行了說明。

主要作者、史丹福大學地球物理學研究生朱偉強說：&34;

地下閥門

斷層閥門的行為

地殼中的斷層總是充滿了液體，主要是水，但水的狀態模糊了液體和氣體的區別。這些流體有的源於地球的深處，並向上遷移，有的則來自於降雨滲入或能源開發商注入的流體，後者從上而下。

鄧納姆說：&34;

幾十年來，對從斷層區出土的巖石的研究揭示了明顯的裂縫、充滿礦物質的脈絡和其他跡象，這些跡象表明，在大地震期間和兩次大地震之間，壓力可能會有很大的波動，這使得地質學家推測，水和其它液體在引發地震何時發生方面發揮了重要作用。鄧納姆說：&34;

最近，科學家們已經記錄了與能源開採操作有關的流體注入會導致地震群。例如，地震學家將石油和天然氣廢水處理井與俄克拉荷馬州部分地區從2009年前後開始的地震劇增聯繫起來。而且他們發現，在不同的環境中，地震群沿著斷層遷移的速度或快或慢，無論是在火山下、地熱作業周圍還是在油氣藏內，可能是因為流體生產速率的巨大變化。

鄧納姆和朱偉強的研究建立在斷層作為閥門的概念之上，地質學家在20世紀90年代首次提出了這一概念。鄧納姆說：&34;

斷層閥關閉後，流體積聚，壓力增大，削弱斷層，迫使其滑移。有時這種運動太輕微，不足以產生地面震動，但它足以使巖石斷裂並打開閥門，使流體恢復上升。

新的建模首次證明，當這些脈衝沿著斷層向上移動時，它們可以產生地震群。鄧納姆說：&34;

預測，以及它們的局限性

模型設定

該模型對高壓流體脈衝沿斷層遷移、打開孔隙、導致斷層滑移並引發某些現象的速度進行了定量預測：在某些情況下，鎖定深度發生變化，而在其它情況下，則是難以察覺的緩慢斷層運動或小地震群。然後可以根據斷層沿線的實際地震性來檢驗這些預測。比如小地震或慢速地震最終發生的時間和地點。

例如，在一組模擬中，斷層被設定為在三四個月內封閉並停止流體遷移，預測在一年的時間裡，沿斷層在鎖定深度附近的滑移量略多於一英寸，而這個周期每隔幾年就會重複一次。這種特殊的模擬與在紐西蘭和日本觀察到的所謂慢速滑移事件的模式非常吻合，這表明該算法的基本過程和數學關係是正確的。同時，密封拖了幾年的模擬導致鎖定深度隨著壓力脈衝向上攀升而上升。

鎖定深度的變化可以通過GPS測量地球表面的變形來估計。然而這項技術並不是地震預測器，鄧納姆解釋說，那需要更完整地了解影響斷層滑移的過程，以及有關特定斷層的幾何形狀、應力、巖石成分和流體壓力的信息，鑑於大部分作用發生在地下許多英裡處，這種詳細程度是根本不可能達到的。

相反，該模型提供了一種理解過程的方法：流體壓力的變化如何導致斷層滑移；斷層的滑動和滑移如何打破巖石並使其更易滲透；以及這種增加的孔隙度如何使流體更容易流動。

在未來，這種理解可以幫助評估與向地球注入流體有關的風險。鄧納姆稱：&34;