新模型通过古代岩石来预测未来的地震

研究人员在《科学进展》杂志上报道说，来自阿拉斯加和日本岩层的线索使科学家们能够开发出一种新模型来预测俯冲带的压力溶液活动。 沉积岩由被含水孔隙包围的颗粒组成。 当岩石在巨大压力下挤压在一起时，颗粒在其边界处溶解到孔隙中的水中，形成压力溶液。 这使得岩石变形或改变形状，从而影响构造板块如何相互滑动。

“这就像当你去滑冰时——表面的刀片最终会融化冰，这让你可以滑行，”通讯作者、宾夕法尼亚州立大学地球科学教授唐纳德·费舍尔说。 “在岩石中，发生的情况是石英颗粒在受力接触处溶解，溶解的材料移动到裂缝并在那里沉淀。”

世界上最强烈的地震发生在俯冲带，其中一个板块滑向另一个板块下方。 当这些板块粘在一起时，地壳中就会产生压力——就像橡皮筋被拉伸一样。 当产生足够的应力来克服将板块固定在一起的摩擦力时（就像橡皮筋折断一样），就会发生地震。

“我们已经证明，压力溶解是俯冲带震间期的一个基本过程，”费舍尔说。 “这种压力溶液的出现确实会影响震源区不同部分积累的弹性应变的大小。”

最新研究表明，如图所示的岩石露头中的剪切（或由应变引起的断裂）可能为俯冲带大地震之间发生的构造提供新的线索。 相机镜头显示了岩石特征的规模。 图片来源：唐纳德·费舍尔提供

费舍尔说，压力溶液很难在实验室中探索，因为它通常在数千到数百万年的时间内非常缓慢地发生。 在实验室中加快这一过程需要更高的温度，这会导致岩石发生其他变化，从而影响实验。

科学家们转而研究曾经经历过这些构造压力、后来通过地质过程带到地表的岩石。 科学家们表示，这些岩石显示出微观剪切力，即由应变引起的断裂，其中包含的纹理为压力溶解提供了证据。

费舍尔说：“这项工作使我们能够测试流动定律或模型，它描述了曾经位于板块边界并已被挖掘到地表的古代岩石中的压力溶解速率。我们可以将其应用于今天正在变化的活跃利润率。”

另一组科学家之前的一项研究将岩石所承受的压力与应变率（或者说它们的变形程度）联系起来。 在这项新工作中，费舍尔和他的同事、布朗大学教授格雷格·赫斯创建了一个更详细的模型，该模型考虑了岩石的粒度和溶解度等因素，或者有多少岩石材料可以溶解到液体中。

“我们能够以一种以前从未做过的实用方式将溶解度参数化为温度和压力的函数，”费舍尔说。 “所以现在我们可以输入数字——不同的晶粒尺寸、不同的温度、不同的压力，并从中得到应变率。”

这些结果可以帮助揭示在发震层（大多数地震发生的深度范围）中发生应变的位置。

研究人员将他们的模型应用于卡斯卡迪亚俯冲带，这是一条从加利福尼亚州北部一直延伸到加拿大的活断层，途经俄勒冈州波特兰、西雅图和不列颠哥伦比亚省温哥华等主要城市。

科学家们表示，板块边界沿线的温度和应变量都得到了很好的研究，他们的模型结果与基于卫星观测的地壳运动相匹配。

“卡斯卡迪亚大地震是一个很好的例子，因为它处于震间期的晚期——距离上次大地震已经过去了 300 年，”费舍尔说。 “我们一生中可能会经历一次，这将是北美可以预见的最大的自然灾害，因为有可能发生地震并引发海啸。”

编译自:ScitechDaily