两个地震 (Earthquake),究竟是谁先闯的祸?!

发布时间:2020-06-15 编辑: 查看次数:911

2009年几乎同时发生在东加-萨摩亚地区的两个地震,引发了造成将近两百人丧生的海啸。对于两个地震发生的先后顺序,以及究竟是那个地震引发了 另一个地震,一直存有争议。最近由Beavan et al.,以及Lay et al.,同时在自然期刊上发表了各自的结果,而两者的结论正好相反!

两个地震 (Earthquake),究竟是谁先闯的祸?!

图一 2009年9月29日发生在东加海沟的两个地震。左下方为隐没带地震的震源机制解(逆冲断层),右上方为海沟外侧隆起地震的震源机制解(正断层)。黄色箭头代表GPS观测站所测量到的地表位移量,黑色箭头代表利用正断层模拟出的位移量,红色箭头则代表加入逆断层后所模拟出的位移量。

根据全球地震记录显示,东加-萨摩亚地区在2009年9月29日,一前一后连续地发生了两个地震。第一个是规模8.0的正断层,发生在海沟外侧隆起 (Outer rise);第二个则是规模7.9的低角度逆断层,发生在隐没带的浅层区域。地震发生后,在当地引发了高达12公尺的海啸,并夺走了近两百条人命。相较于 过去的历史纪录,多半都是由隐没带地震引发海沟外侧隆起地震,所以这次「反过来」的连续地震发生顺序,便引起了许多的议论。

在这一期的自然期刊上,同时刊登了两组研究团队不同的结论。根据Lay et al.,的研究,他们分析长週期地表运动,得到第一个地震的震源机制解,确实是一个明显的正断层。再利用週期30到500秒雷利波(Rayleigh wave)的震源时间函数(source time function),可以清楚看到在第一个地震后的70及110秒,有明显由其他地震所产生的反向能量出现。根据地震波形反演的结果,可以确定这是第二个地震,是由隐没带逆冲断层错动所造成。

研究团队最后并利用短週期P波的背投影(Back-projection)方法,结合由近到远不同距离的地震观测网资料,得到地震释放能量在时间与空间上 的分布。结果显示最初的地震能量释放自正断层地震的位置,从第52秒开始,逆冲断层的位置开始有能量释放,并且在第118秒时达到最大。显示这次在东加- 萨摩亚地区所发生的连续地震,是罕见地由海沟外侧隆起地震引发了隐没带地震。只不过Beavan et al.,的研究团队可不这幺认为。

隐没带地震之所以容易引发海沟外侧隆起地震,是因为隐没带板块滑移之后会造成应力的增加及震动,才有可能造成已经达到临界状况的海沟外侧隆起发生地震。但 若是海沟外侧隆起发生地震,其所造成的应力增加微乎其微,而且其滑移方向又与隐没带地震的发生不同,因此不容易造成后续连续地震的发生。Beavan et al.,的研究团队于是提出一个假设,认为逆冲断层的发生时间其实是早于正断层的。

根据全球卫星定位系统(GPS)的量测结果显示,当地的地表位移量在地震发生前后,显示出明显受到逆断层影响的型态。且由于这个逆冲断层的滑移可能是属于 典型的慢地震,所以地震发生时所释放的能量没有显示在地震波的纪录之上。再加上海底压力仪所记录下的海啸波动,可以正确地与利用逆冲断层所模拟出的海啸波 动相吻合,却与正断层的模拟结果不符。种种迹象似乎都显示,逆冲断层所释放出的能量,才是这次连续地震与海啸发生的原兇。

Lay et al.,根据现有的观测结果,想要证明这是个不寻常的连续地震,但是却又提不出造成这个反常顺序的理论机制。Beavan et al.,想要挑战目前的观测结果,但是他所提出关键的GPS资料却又残缺不全,无法提供长时间地表位移变化的趋势,也因此无法证实他们的假设是否正确。究 竟这是一个被正确观测,却违反过去经验的连续地震;或是有部分纪录被大自然所隐瞒,其实仍然符合过去经验的连续地震,我们仍然不得而知。

东加海沟所在之处的板块聚合速度约 为每年20公分,是全世界最快的地方。但是这里却与马里亚那海沟类似,少有大规模的地震发生。主要就是因为隐没板块表面的「粗糙度」较低,不容易与上覆板 块「卡住」,导致板块持续无声地滑移,也就是所谓的慢地震,因此减少了大规模地震的发生。所以假设这个地区存在有慢地震的现象,其实是相当地合理。而要区 别上述这两种理论的关键,就在于慢地震的观测,但是这个观测又必须建立在敏锐的地形变化量测之上。所以结果究竟谁对谁错,恐怕短时间之内是不容易有结果的 了。

参考资料:

1. Satake, K. Earthquakes: Double trouble at Tonga. Nature 466, 931-932 (2010)
2. Beavan, J. et al. Near-simultaneous great earthquakes at Tongan megathrust and outer rise in September 2009. Nature 466, 959–963 (2010).
3. Lay, T. et al. The 2009 Samoa–Tonga great earthquake triggered doublet. Nature 466, 964–968 (2010).