康奈尔大学领导的科学家深入日本海沟断层 研究2011年的大地震

康奈尔大学领导的研究人员在日本海沟深处钻探了 7 公里，以研究 2011 年东北地震背后的断层，揭示了地震力学和海啸风险的关键见解。在康奈尔大学专家的指导下，一个国际海洋研究人员团队成功完成了一项开创性的钻探项目，以研究造成 2011 年东北灾难性地震的断层。

该团队在 7 公里的超深水下钻探了多个深孔，包括一个与海底近 1 公里处断层相交的海底观测站。除了钻探外，他们还进行了地球物理测井和岩心取样，并在之前建立的断层穿越观测井中重新安装了温度传感器——这是在如此深度前所未有的成就。

康奈尔大学地球与大气科学助理教授、该项目联合首席科学家帕特里克·富尔顿表示，他们的地质和水文调查旨在提高对俯冲带的科学认识，增强对未来大地震和海啸的应对能力。

9 月，一支国际海洋研究小组登上深海钻探船“地球号”，开展了一项雄心勃勃的项目，调查 2011 年日本东北地震期间断裂的板块边界断层。图片来源：JAMSTEC/IODP

“主要的技术挑战是，我们在 7 公里深的水下作业，然后再深入地下 1 公里，因此没有多少船只能够在如此深的水下作业，”富尔顿说。“这有点像NASA 的任务。”

2012 年日本海沟探险之旅

此次钻探探险的正式名称是国际海洋发现计划（IOPD）的日本海沟海啸滑动追踪（JTRACK）项目。2012年，富尔顿和IODP首次冒险进入日本海沟，研究9.1级地震（有史以来最大的地震之一）的发源地和位置。

富尔顿说，在那次断裂中，断层最浅的部分下滑了 50 到 60 米，“海底本身在一两分钟内向东跃出了半个足球场那么大”，引发了一场比任何人预想的都要大得多的灾难性海啸。

大卫·克罗尔 150 周年研究员、康奈尔大学工程学院地球与大气科学助理教授帕特里克·富尔顿和加州理工学院博士后研究员郭慧云正在为钻孔观测站准备传感器。图片来源：JAMSTEC/IODP

通过研究地震后断层的性质和状况，研究人员试图确定是什么导致了如此严重的断裂以及为什么它如此难以预测。

富尔顿说：“在我们 2012 年进行此项工作之前，没有人真正尝试过在如此深的水中进行一公里地下钻探，更不用说建造观测站或放置地球物理工具来尝试描述那里的情况了。”

观测站让团队近距离观察了断层内部的情况，发现了地震期间断层摩擦生热引起的异常热信号。独特的数据表明断层非常弱。观测站还揭示了在余震期间断层和裂缝如何张开，泉水从中流过，最终改变了系统内的应力条件。

“所以现在，12 年后再回来，下沉的板块仍然以每年约 10 厘米的速度移动。它是否卡在某些地方？断层是否已经开始积聚压力，足以让浅层部分再次发生大地震？我们想看看这些过程是如何演变的，”富尔顿说。“所有这些事情——取芯、测井和天文台记录——我们只能对 12 年前的情况进行一点点研究，现在我们想对所有断层和裂缝进行更深入的描述，并在俯冲之前观察即将到来的板块。”

帕特里克·富尔顿担任联合首席科学家，并担任该项目钻孔观测站的科学负责人。图片来源：JAMSTEC/IODP

该项目于 12 月完工，建成了一个新的、更深的钻孔观测站。

富尔顿预计，他们收集的数据将在未来几年产生大量研究论文。

“这是一个大项目。我们的预算不如 [NASA]欧罗巴快船，但我认为，它就是那种风格，”富尔顿说。“很多大地震科学和地震物理学知识都来自我们之前的探险。我们回到那里，已经学到了很多东西。”

编译自/scitechdaily