“地球”号钻探船即将探测日本地震带
——震后快速考察将测量断层余热＊

Nicola Jones

“地球”号钻探船即将探测日本地震带
——震后快速考察将测量断层余热＊

Nicola Jones

在经历了2011年3月11日日本东北部毁灭性地震所引发的海啸的强烈颠簸和重创之后，日本“地球”号（Chikyu）钻探船被赋予了一项非常适合自己的新的使命：在靠近引发海啸的9.0级东日本地震震中的断裂带开展钻探业务并进行温度测量。一次地震发生后不久，研究人员即开展水下断层钻探，这在历史上还是第一次。此次作业的目的是破解几十年来的一个未解之谜：摩擦在类似地震事件中究竟起着什么作用。这应该会帮助科学家搞清为什么有些断层比其他断层更有可能引发海啸——具体到本次事件中，海啸最终夺走了超过23 000人的生命。

综合大洋钻探计划（IODP）管理集团主席兼首席执行官Kiyoshi Suyehiro说：“这次巨大地震使断裂带温度升高，如果我们不能从该断裂带中获取尽可能多的信息，那对社会将是一种巨大的伤害。”在该项提议最初于2011年9月份获得批准后，IODP现已确认，用于“地球”号2012年4月份起航的经费已经到位，钻探地点就在此次地震的震中以南（图1）。

此次考察官方称之为“日本海沟快速钻探计划”，其科学依据在2009年的一份报告中有详细说明，那份报告提议，如果一次地震中地面滑动超过1m，则应该在震后尽早开展穿过断层线的快速响应钻探业务。此次东日本大地震创下有史以来观测到的最大位移的新纪录——高达50m——所以不失为一个理想的考察目标。

图1 断层探测。研究人员计划在引发东日本大地震的断层发生大幅度移动的地方进行钻探作业

“目前，地震学需要解决的一个基本问题是：岩石为什么会发生几十米的位移？”Jamesmori说，他是日本京都大学防灾研究所的一位地震学家、快速反应报告的作者和即将开始的本次钻探项目的联合主席。研究人员认为，岩石发生大幅度位移的一个重要原因是地震期间断裂线中的岩石板块、沙子和水之间的阻力大幅下降——例如由岩石熔化或水压增大引起的阻力下降——但没有人能够准确地测量出这种效应。因为摩擦会作为热量而消散，所以温度的精确数据将填补一个至关重要的知识空白。

“因为不知道我们即将调查的地震属于什么类型，所以我们做了许多规划”，加州大学圣克鲁兹分校的Emily Brodsky说，她也参与此次钻探任务。

当陆地上发生地震后，研究人员以前也曾尝试过对地下温度进行测量，那3次监测分别发生在1995年日本神户地震、1999年台湾集集地震和2008年中国四川省汶川地震之后。但这些项目得到的温度读数很少，测得的温度升高也微不足道，或者根本没有测到温度升高——可能是因为温度上升太小而无法看到，也可能是因为监测技术有缺陷。“一个反复出现的主题是，这些断层的温度似乎不应该这么低”，Brodsky说。这次东日本大地震的滑移更大，预期温度可能上升了高达0.5℃，这为我们提供了一个跟踪测量的更好的机会，她说。“这件事情我们必须做，尽快做，而且要测得很精确。”

“地球”号将通过断层向下钻探1 km，并通过钻孔放下一串温度传感器。温度跟踪测量将持续1到3年（比以前的尝试长得多），由此，研究人员应该能够计算出此次地震所产生的总热量。这将为他们提供滑动期间在断层内感觉到的阻力数据，由此填补地震动力学模型的空白。“这正是我们所缺少的关键信息，”加州理工学院（Pasadena）地质学家Jean-Philippe Avouac说，他并没有参与这个项目。

要完成此次钻探可不是一件容易的事情。作为选中的钻探地点，Tohoku断层位于水下7 km另加约700m厚的地壳，所以需要一个巨大的钻杆。此前，在如此深的水域只取回一块15m的很小的岩心，Brodsky说；大部分岩心都取自水下6 km或更浅的地方。

除了温度测量，该项目还将对取回的岩心内的沉积物进行检测。某些沉积物的结构，如滚珠状的粘土颗粒，可能与大滑移量地震相关。识别出这些特点将会帮助科学家预测其他断层滑动的可能性。

从东日本大地震中收集宝贵信息的使命象征着“一种机遇，抑或是一种责任”，Mori说。他又指出，此次事件造成的破坏几乎都是由海啸造成的。“我们真正想要了解的就是什么原因导致了这种结果。”

资料来源：http：∥www.nature.com／news／2011／111031／full／479016a.html

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

（四川机电职业技术学院 徐宝学 译；左玉玲 校）

（译者电子信箱，徐宝学：xbx0505＠163.com）

P315；

D；

10.3969／j.issn.0235-4975.2011.12.001

2011-11-08。