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南非金矿有颗“地震心”


2017-06-09    浏览次数(165)    
南非金矿有颗“地震心”

钻探能引发地震的断层并非易事。为了防止发生断裂,需要专业工具、技术人员和大量时间与金钱。而且,没有捷径。当然,或许有一个:在南非金矿安装一个高速电梯,能直达地心3千米。

近日,科学家计划在Moab Khotsong矿的底部钻一个750米深的洞。该矿井位于约翰内斯堡西南180公里处。3年前,一场5.5级地震袭击了这里。该地震源于矿井底部的之前未知的断层。之后,余震不断。

这个耗资160万美元的项目如果成功,有望揭示“新生”断层的内部运动。这些断层已经经历了其首次地震,将有助于产生针对地震如何发展的新理解,以及人类活动如何无意触发它们。

这个名为“钻入发震区域”(DSeis)的国际项目由国际大陆科学钻探计划(ICDP)支持。90年代初,由德国牵头在国际地学界的支持下28个国家的250位专家出席并制定了ICDP。

此外,其他计划钻探活跃断层的项目,例如,美国加州圣安地列斯断层和新西兰阿尔卑斯断层,已经耗费了数千万美元,并打出了1~2个洞。

而在南非矿井中,研究人员发现了一个快速的和相对便宜的方式,以得到生成地震的破碎岩石的详细信息。“在日本,我们无法容易地靠近震源。”日本东北大学地震学家Yasuo Yabe说,“人们平时会在矿井进进出出。”

DSeis已计划在其他数个矿井进行钻探。但项目进行并非一帆风顺,2014年8月,一场5.5级的奥克尼地震攻击了Moab Khotsong 矿井的下部,并使1人死亡。不过,该事件让DSeis进入高速发展期。

奥克尼地震是该国50年来最大一场地震。南非的金矿会发生频繁的小规模地震, 这些地震由人们的爆破挖掘活动触发。但奥克尼地震震级更大、震源更深:与大多数诱发地震不同,它并不与矿井处于同一平面。而且,其岩石彼此水平滑动,而非像小地震那样垂直滑动。

这些秘密事件让矿井公司十分担忧,它们希望挖入更深的地下以寻找更多黄金,因此不希望受到意外地震的困扰。日本京都立命馆大学地震学家Hiroshi Ogasawara表示,他们接受了长期合作伙伴的说辞,决定将奥克尼断层纳入DSeis的目标名单。

实际上,大多数钻探地震带的项目都以断层为目标,例如圣安地列斯断层。但DSeis合作者、斯坦福大学地球物理学家William Ellsworth表示,鉴于其安静的构造环境,人们有充分的理由相信,奥克尼地震是由一个曾经断裂过一次,或者多次的断层断裂所致。

此类断层可能缺乏缺少“岩石粉”,这些“岩石粉”会在活动断层中堆积起来,并且很难分辨出单次地震是如何将其能量分解成地震波、热量、应变和粉碎岩石的。“我们有极大的机会揭开异常普通地震的神秘面纱。”Ellsworth说。

矿井是一个富有挑战性的工作环境。四周出奇的安静,空气中弥漫着辛辣的气味。“这里似乎有地狱的味道。”参与该项目的普林斯顿大学地球微生物学家Tullis Onstott说。

Onstott的目标是弄清地震能否促进深藏于岩石内部的微生物的生存。在一个他已尝试了10年的实验中,Onstott计划将一个自动取样系统安装在圣安地列斯钻井,该系统会被地震活动触发。

之前有研究显示,地震能释放氢气脉冲。这些氢气来源于岩石内部封存或地层断裂发生的化学反应。Onstott希望如果地震导致微生物繁荣,那么火星上的类似断层也将成为寻找生命的目标。“这将影响美国宇航局火星2020探测器着陆点的选择。”他说。

此外,矿山经营者似乎也能得到自己一直在寻找的东西:人类活动何如触发地震的更清晰画面。在美国,石油和天然气开采污水的地下处理系统,已知能通过增加岩石孔隙压力而诱发地震。

不过,奥克拉荷马大学地球物理学家Ze’ev Reches表示,孔隙压力不太可能是南非的地震诱因。但他也注意到奥克尼群岛地震震源位于之前未被标注的断层的岩石底部。

但对DSeis来说,仍然有很多困难。5月,操作者取消了在另一个矿井钻探项目,因为相关操作会引发落石。单Ogasawara表示,他们有很多地震断层候选者,其中包括很多小且浅的断层,能让他们直抵震源。“我们希望展示震源的样子。”Ogasawara说。(唐一尘编译)

来源: 科学网

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