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二零二零年九月一日

中大研究揭示慢地震的行为模式与一般地震十分相似
助科学家了解地壳断层如何释放能量



一项由香港中文大学(中大)地球系统科学课程科研人员进行的研究,揭示二十多年前新发现的「慢地震」也遵循一般地震的比例关系,例如是余震的频率及计算能量释放的方程式。今次研究为科学家提供新方向,可透过分析慢地震以了解具破坏力地震的物理机制,从而掌握地震是如何随著时间沿著断层释放能量。

发生地震是因为两个地壳板块互相挤压,其运动所产生的震动传到地面,令千里外的人都感受到摇晃。地震发生的地点,即是两个板块岩层断裂的地方,称为断层。地震的剧烈程度与断层移动的面积及相对移动的距离有关。

断层移动发生的时间一般较短。例如2011年引发海啸的日本东北大地震,断层移动只历时约6分钟;有记绿以来最强烈地震的晃动时间也只是约十分钟。不过在二十多年前,科学家发现断层间中会以缓慢的速度移动,这些被称为「慢滑移」的活动可历时数周甚至更长。由于慢地震多数发生于地壳深层,能量释放缓慢,因此只会产生极度微弱的震动,也即是震颤。在过去很长一段时间都未能侦测及发现这类地震活动。

研究慢滑移有助了解一般地震活动

地震序列遵循一定的尺度关系。例如,在大型地震后发生的小型地震属于「余震」,随著时间以及与主震央的距离,其发生次数(频率)会相应减少。另一个的尺度关系为「地震矩」,它用作表示地震所释放出之能量。一般地震的「地震矩」与地震持续时间的三次方成正比。

自从发现有慢滑移活动后,科学家一直希望了解为何断层会以不同的速度移动,以及慢滑移活动与一般地震之间的关系。中大地球系统科学课程助理教授陈衍佐教授领导的研究团队,分析了美国加州圣安德烈斯断层于过去十年侦测到的数十万个震颤数据,并对当中的慢滑移活动进行分类。他们发现这些微弱的震颤群组,有与一般「余震」相似的尺度关系,即频率会随著时间及距离而下降;亦发现慢滑移的「地震矩」计算方法与一般地震无异,代表慢滑移及一般地震有相似的行为模式。

陈衍佐教授表示:「在同一断层段上发生具破坏力的大地震——例如黎克特制达7级——要相隔数百年才会发生一次。然而,每隔数年便会有一次规模相当的慢滑移活动。因此,十多年的慢地震数据,已足以让科学家掌握地壳能量是如何在同一断层段循环累积及释放,有助我们更准确监测地震,作出适当应对。」

关于陈衍佐教授

陈教授现为中大地球系统科学课程助理教授,重点研究地震及火山爆发的进程。陈教授于美国哥伦比亚大学地球物理学博士毕业,其后到史丹福大学参与博士后研究工作。

注:
Connecting a broad spectrum of transient slip on the San Andreas fault, Science Advances
https://advances.sciencemag.org/content/6/33/eabb2489

今次研究对象为美国加州圣安德烈斯的断层。
今次研究对象为美国加州圣安德烈斯的断层。

陈衍佐教授
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