“地球”號鉆探船即將探測日本地震帶
——震后快速考察將測量斷層余熱＊

Nicola Jones

“地球”號鉆探船即將探測日本地震帶
——震后快速考察將測量斷層余熱＊

Nicola Jones

在經歷了2011年3月11日日本東北部毀滅性地震所引發的海嘯的強烈顛簸和重創之后，日本“地球”號（Chikyu）鉆探船被賦予了一項非常適合自己的新的使命：在靠近引發海嘯的9.0級東日本地震震中的斷裂帶開展鉆探業務并進行溫度測量。一次地震發生后不久，研究人員即開展水下斷層鉆探，這在歷史上還是第一次。此次作業的目的是破解幾十年來的一個未解之謎：摩擦在類似地震事件中究竟起著什么作用。這應該會幫助科學家搞清為什么有些斷層比其他斷層更有可能引發海嘯——具體到本次事件中，海嘯最終奪走了超過23 000人的生命。

綜合大洋鉆探計劃（IODP）管理集團主席兼首席執行官Kiyoshi Suyehiro說：“這次巨大地震使斷裂帶溫度升高，如果我們不能從該斷裂帶中獲取盡可能多的信息，那對社會將是一種巨大的傷害。”在該項提議最初于2011年9月份獲得批準后，IODP現已確認，用于“地球”號2012年4月份起航的經費已經到位，鉆探地點就在此次地震的震中以南（圖1）。

此次考察官方稱之為“日本海溝快速鉆探計劃”，其科學依據在2009年的一份報告中有詳細說明，那份報告提議，如果一次地震中地面滑動超過1m，則應該在震后盡早開展穿過斷層線的快速響應鉆探業務。此次東日本大地震創下有史以來觀測到的最大位移的新紀錄——高達50m——所以不失為一個理想的考察目標。

圖1 斷層探測。研究人員計劃在引發東日本大地震的斷層發生大幅度移動的地方進行鉆探作業

“目前，地震學需要解決的一個基本問題是：巖石為什么會發生幾十米的位移？”Jamesmori說，他是日本京都大學防災研究所的一位地震學家、快速反應報告的作者和即將開始的本次鉆探項目的聯合主席。研究人員認為，巖石發生大幅度位移的一個重要原因是地震期間斷裂線中的巖石板塊、沙子和水之間的阻力大幅下降——例如由巖石熔化或水壓增大引起的阻力下降——但沒有人能夠準確地測量出這種效應。因為摩擦會作為熱量而消散，所以溫度的精確數據將填補一個至關重要的知識空白。

“因為不知道我們即將調查的地震屬于什么類型，所以我們做了許多規劃”，加州大學圣克魯茲分校的Emily Brodsky說，她也參與此次鉆探任務。

當陸地上發生地震后，研究人員以前也曾嘗試過對地下溫度進行測量，那3次監測分別發生在1995年日本神戶地震、1999年臺灣集集地震和2008年中國四川省汶川地震之后。但這些項目得到的溫度讀數很少，測得的溫度升高也微不足道，或者根本沒有測到溫度升高——可能是因為溫度上升太小而無法看到，也可能是因為監測技術有缺陷。“一個反復出現的主題是，這些斷層的溫度似乎不應該這么低”，Brodsky說。這次東日本大地震的滑移更大，預期溫度可能上升了高達0.5℃，這為我們提供了一個跟蹤測量的更好的機會，她說。“這件事情我們必須做，盡快做，而且要測得很精確。”

“地球”號將通過斷層向下鉆探1 km，并通過鉆孔放下一串溫度傳感器。溫度跟蹤測量將持續1到3年（比以前的嘗試長得多），由此，研究人員應該能夠計算出此次地震所產生的總熱量。這將為他們提供滑動期間在斷層內感覺到的阻力數據，由此填補地震動力學模型的空白。“這正是我們所缺少的關鍵信息，”加州理工學院（Pasadena）地質學家Jean-Philippe Avouac說，他并沒有參與這個項目。

要完成此次鉆探可不是一件容易的事情。作為選中的鉆探地點，Tohoku斷層位于水下7 km另加約700m厚的地殼，所以需要一個巨大的鉆桿。此前，在如此深的水域只取回一塊15m的很小的巖心，Brodsky說；大部分巖心都取自水下6 km或更淺的地方。

除了溫度測量，該項目還將對取回的巖心內的沉積物進行檢測。某些沉積物的結構，如滾珠狀的粘土顆粒，可能與大滑移量地震相關。識別出這些特點將會幫助科學家預測其他斷層滑動的可能性。

從東日本大地震中收集寶貴信息的使命象征著“一種機遇，抑或是一種責任”，Mori說。他又指出，此次事件造成的破壞幾乎都是由海嘯造成的。“我們真正想要了解的就是什么原因導致了這種結果。”

資料來源：http：∥www.nature.com／news／2011／111031／full／479016a.html

原題：Drilling ship to probe Japanese quake zone——Fast-tracked expedition willmeasure fault’s residual heat

（四川機電職業技術學院 徐寶學 譯；左玉玲 校）

（譯者電子信箱，徐寶學：xbx0505＠163.com）

P315；

D；

10.3969／j.issn.0235-4975.2011.12.001

2011-11-08。