加州理工學(xué)院地震學(xué)家們用相當(dāng)于精密齒梳的科學(xué)方法，仔細(xì)研究了南加州10年來(lái)的地震數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)2008年至2017年間發(fā)生近200萬(wàn)次此前未被確認(rèn)的小地震。于2019年4月18日《科學(xué)》(Science)上發(fā)表了他們的研究成果，將該地區(qū)和這段時(shí)間的地震目錄擴(kuò)大了10倍，從約18萬(wàn)次有記錄的地震增加到181多萬(wàn)次。新數(shù)據(jù)顯示，南加州每天大約發(fā)生495次地震，平均間隔約3分鐘，而以前的地震編目顯示，兩次地震之間大約需要30分鐘。
記錄在案的地震數(shù)量增加了10倍，這是對(duì)2.0級(jí)至1.7級(jí)之間的微小地震分類(lèi)，這是由于廣泛應(yīng)用了通常只在小規(guī)模使用的密集型識(shí)別技術(shù)而得以實(shí)現(xiàn)。這些地震非常小，很難在地震數(shù)據(jù)中出現(xiàn)的背景噪音中被發(fā)現(xiàn)，比如來(lái)自汽車(chē)交通或建筑施工的震動(dòng)。加州理工學(xué)院(Caltech)地球物理學(xué)助理教授，該研究的主要作者、地球物理學(xué)博士后扎卡里·羅斯(Zachary Ross)表示：我們并不是不知道這些小地震正在發(fā)生。問(wèn)題是，在所有噪音中，它們很難被發(fā)現(xiàn)。
羅斯與加州理工學(xué)院地球物理學(xué)研究教授Egill Hauksson、洛斯阿拉莫斯國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的Daniel Trugman和加州大學(xué)圣地亞哥分校斯克里普斯海洋學(xué)研究所的Peter Shearer合作。為了克服低信噪比的問(wèn)題，研究小組采用了一種被稱(chēng)為“模板匹配”的技術(shù)。在這種技術(shù)中，稍微大一點(diǎn)、更容易識(shí)別的地震被用作模板，以說(shuō)明給定位置的地震信號(hào)通常應(yīng)該是什么樣。當(dāng)找到一個(gè)可能與之匹配的波形時(shí)，研究人員就會(huì)掃描附近地震儀的記錄，看看地震信號(hào)是否在其他地方被記錄下來(lái)，并能得到獨(dú)立的驗(yàn)證。
研究人員稱(chēng)，模板匹配在地震檢波器間隔較近的地區(qū)效果最好，因?yàn)榈卣鹗录ǔＶ慌c半徑在1至2英里范圍內(nèi)的其他地震相互關(guān)聯(lián)。此外，由于該過(guò)程是計(jì)算密集型的，所以在過(guò)去它僅限于更小的數(shù)據(jù)集。在目前的工作中，研究人員依靠200個(gè)強(qiáng)大的圖形處理單元(gpu)連續(xù)工作數(shù)周來(lái)掃描目錄、探測(cè)新地震并驗(yàn)證他們的發(fā)現(xiàn)。這些發(fā)現(xiàn)是值得努力的，沿著一條斷層的地震活動(dòng)會(huì)影響斷層及其周?chē)牡卣穑@幅新近繪制出來(lái)的南加州地震活動(dòng)圖片，將讓我們對(duì)其如何運(yùn)作有新的認(rèn)識(shí)。
擴(kuò)展地震目錄揭示了以前未被發(fā)現(xiàn)大地震前的前震以及地震群演化。更豐富的數(shù)據(jù)集將使科學(xué)家更清楚地了解地震事件如何影響和移動(dòng)該地區(qū)。扎克·羅斯和同事們的進(jìn)步已經(jīng)從根本上改變了我們?cè)诿芗卣鹁W(wǎng)絡(luò)中探測(cè)地震的方式，就像加州理工學(xué)院與美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局合作的那樣，地震實(shí)驗(yàn)室主任Michael Gurnis和地球物理學(xué)教授John E.和Hazel S. Smits說(shuō)：打開(kāi)了一扇新的窗戶(hù)，讓我們能夠看到數(shù)以百萬(wàn)計(jì)以前從未見(jiàn)過(guò)的地震，這改變了我們描述大地震前后發(fā)生事情的能力。
地震遵循眾所周知的冪律大小關(guān)系，較小事件比較大的事件發(fā)生頻率高得多。因此，地震目錄主要由小地震構(gòu)成，但仍然缺少大量由信號(hào)保真度問(wèn)題引起的更小事件。為了克服這些局限性，科學(xué)家將模板匹配檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用于南加州區(qū)域地震臺(tái)網(wǎng)的整個(gè)波形檔案。這一努力產(chǎn)生了181萬(wàn)次地震目錄，增加了10倍，這為深入研究斷層帶的幾何結(jié)構(gòu)、前震行為和成核過(guò)程以及地震觸發(fā)機(jī)制提供了重要新見(jiàn)解，這類(lèi)目錄中所解決的特殊細(xì)節(jié)將有助于新一代的地震和斷層分析。
博科園-科學(xué)科普｜研究/來(lái)自: 加州理工學(xué)院
參考期刊文獻(xiàn):《科學(xué)》
DOI: 10.3847/1538-4357/ab0894
博科園-傳遞宇宙科學(xué)之美
