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水位变化引发伊利湖地震研究发现没有确凿证据敦促进一步研究

导读 2019 年 6 月,在克利夫兰东北约 20 英里的俄亥俄州海岸线附近的伊利湖下方发生了 4 0 级地震。虽然没有报告造成损失,但水下地震在

2019 年 6 月,在克利夫兰东北约 20 英里的俄亥俄州海岸线附近的伊利湖下方发生了 4.0 级地震。

虽然没有报告造成损失,但水下地震在 60 英里以外的地方广泛感受到——整个俄亥俄州东北部以及宾夕法尼亚州、安大略省和密歇根州东南部的部分地区。

地震和多次余震发生在五大湖水位创纪录上升期接近尾声时,恰逢伊利湖有记录以来的最高水位。伊利湖地震活动与湖中水位波动之间是否存在联系?

为了找出答案,密歇根大学的研究人员和他们的同事编制了一份新目录,其中包含 2013 年至 2020 年间发生的 437 次相对较小的伊利湖地区地震——这是迄今为止获得的最完整的此类目录。所有地震都比 2019 年 6 月的地震小,而且大多数地震可能没有被该地区的居民注意到。

然后,研究人员计算了伊利湖水位变化对湖底岩石断层的应力,并使用各种统计方法来寻找地震率和水位之间的相关性。

他们的判决?

“地震率与水位或水位变化率之间没有确定的相关性,”UM 地球物理学家黄一和说,他是 5 月 9 日在线发表在《地震研究快报》杂志上的一项研究的合著者。

研究人员表示,没有确凿证据的部分原因可能是新目录中的地震数量有限。此外,伊利湖附近地震断层引起的应力变化可能比在巨大的 Koyna 大坝后面的水库等地方看到的应力变化小 10 到 100 倍,那里的地震被归咎于水位变化。

“我们不能完全排除水位升高对重新激活引发 2019 年俄亥俄地震序列的断层的影响,”该研究的主要作者、前密歇根大学博士后研究员、现就职于中国地质大学的姚东东说。

“我们的研究结果强调了对湖泊地震活动进行更密集和更密切监测的必要性,以进一步研究不断变化的水负荷对该地区浅层断层重新激活的影响。”

为了跟进他们的发现,黄和她的同事将使用新技术监测五大湖区域地震学,并将进行基于物理的模拟。具体来说:

Huang 和 UM 地震学家 Zack Spica 计划今年夏天进行一项现场实验,将安大略湖现有的光纤电缆转换为传感器,以更好地监测地震活动和其他现象,如地震、底流或水位变化。此前在该国其他地区开展的研究表明,利用现有的光缆网络(即为我们的家庭提供高速互联网和高清视频的相同光纤)研究地震的潜力。

Huang及其同事将模拟高水位对伊利湖地区地震断层造成的额外压力,以及湖水渗入基岩的程度可能有助于润滑这些断层。“这两种效应在自然界中可能相互竞争,基于物理的模拟可以帮助我们确定哪种效应更重要,”她说。

此外,黄和她的团队仍在分析 2018 年 10 月至 2021 年 7 月在伊利湖西角运行的八个地震仪网络的数据,该网络被称为伊利湖地震实验的 LEEP 项目。

五大湖地区通常被认为是地震不活跃的地区,5 级或以上的地震很少见。然而,该地区每年会发生 2 级或 3 级以上的地震,主要发生在伊利湖和安大略湖周围。2.5到3级的地震是人们普遍感受到的最小的地震。

“我们不确定伊利湖地区的断层是否会产生破坏性或致命的地震,”UM地球与环境科学系助理教授黄说。“这就是为什么地震学家有兴趣研究该地区的 4 级地震序列。”

自 2010 年代初以来,俄亥俄州东部发生相对较小地震的频率显着增加。这些地震的起源知之甚少,但之前的一些研究表明,它们可归因于废水注入和水力压裂活动。

注入诱发的地震活动也被认为是该地区最后一次 5 级地震的触发因素,该地震于 1986 年 1 月发生在俄亥俄州东北部、克利夫兰以东的莱克县南部。

在这项涵盖 2013 年至 2020 年期间的新研究中,由 UM 领导的团队在 1986 年地震附近和研究期间正在运行的废水处理井附近发现了一组地震。他们得出的结论是,这组地震“可能是由废水处理引起的”。

“更有趣的是,1986 年的地震也发生在五大湖记录的高水位的另一个时期,”作者写道。“然而,由于距离伊利湖较远,因此很难评估湖泊引起的应力变化对引发 1986 年地震的影响。”

为了创建 437 次伊利湖地区地震的新目录,研究人员从被称为 ComCat 目录的先进国家地震系统综合地震目录中列出的 27 次先前报告的地震开始。

地震仪网络在研究期间连续记录了该地区的地面运动。使用 27 次已知地震产生的波形作为模板,该团队扫描了连续记录,以寻找以前未检测到的具有相似波形的地震。该过程称为模板匹配。

新目录中的大多数地震都不会被当地居民感受到,只能被附近对微小地面震动敏感的地震仪检测到。

新目录显示在研究期间每年发生 20 到 40 次小地震,直到 2019 年 6 月的事件。2019 年的高地震活动率主要是 4.0级地震后的余震。

除了编制全面的新目录外,该团队还率先绘制了断裂带的地图,该断层断裂导致 2019 年地震发生在大约 2 公里(1.2 英里)的深度。