什么是冰川地震学?

什么是冰川地震学?
典型冰震的位置和发生机理示意图

冰川地震学结合了冰川学和地震学的综合优势,是一门年轻的交叉学科。2003年Ekstróm等研究格陵兰岛大规模冰崩产生的长时间波形时,提出“冰川地震”(以下简称冰震)的定义。过去十几年中,源于研究人员对全球记录的冰震现象的认识增强,并发现冰震现象与气候变化的明显关系,国外关于冰震的研究数量突增[1],国内在青藏高原地区仅有一篇相关研究[2]。中国科学院青藏高原研究所裴顺平研究员和研究生左洪等回顾了冰川地震学的发展历史,主要介绍冰川的冰震类型及其相关特征,并介绍了冰川地震学的研究方法以及国内研究人员在青藏高原地区开展的部分冰震研究工作,最后结合冰川地震学的特征,综合探讨了冰震对天然地震研究的几点启示。 

神秘的冰川地震?

狭义地讲,冰震指的是冰川运动和破裂过程中产生的振动,包括从微小的嘎吱声到相当于7级地震的突发性破裂或滑动,这种破裂或滑动是由于冰川的非均匀运动或与岩石基底间的相对运动造成的。相对于天然地震而言,冰震的波形持续时间从不到一秒到几十分钟或几小时,频率范围较宽,为10−3~102Hz,矩震级范围很大(-3<MW<7),特征频率随震级增大而减小。当前,根据冰震发生的位置以及发生机理的不同,可将冰震大概分为五类:冰川表层破裂、冰川终端崩解、冰内水力压裂、冰腔水流震荡、冰层基底黏滑[3]

当前冰震研究主要采用天然地震的研究方法:通过波形的频谱特征分析对冰震波形进行分类,得到不同主频的冰震类型;利用传统的地震定位方法反演得到冰震震源的发生位置;求震源机制解获取冰震发生机制,区分震源为拉伸破裂或剪切破裂。通过天然地震的研究方法,国内外研究学者发现了对冰川的基底运动、冰山崩塌、冰川及海冰动力学的新认识,并观测到不稳定冰川和冰结构变化的前兆现象,为认识冰川结构和冰川动力学机制夯实基础[1]

冰川地震与天然地震密切相关?

从当前的研究来看,冰川地震学家的重心还多限于冰川本身的研究,而着眼于地震研究的较少。冰震和地震的原理基本相同,均为地下介质(冰和岩石)在特定应力状态下发生破坏失稳,并且冰震研究还具有诸多优势,因此在国内青藏高原地区开展冰震研究对促进天然地震研究具有很高的价值:

(1)冰震研究可以当成天然地震研究的大型原位实验,具有易观测、可重复、可验证等优势。

(2)冰层基底黏滑与天然地震很接近[4],不仅可以观测到冰层基底黏滑的过程,更可以观测到基底黏滑发生前的环境因素变化和微小冰震发生情况,以及基底黏滑发生后的条件变化。这种全过程观测研究以及多样本的重复检验非常有利于研究天然地震发生前的变化,破裂过程以及震后恢复过程等地震循环中各阶段的应力应变条件和结构演化,提升对地震发生全过程的理解和认识。

(3)最新的天然地震学前沿可能在冰震研究中找到答案。一是地震触发机制,特别是动态触发[5]。系统地研究冰震触发,不仅可以获得触发机制,甚至可以通过触发事件计算出冰震发生处的应力状态。二是慢地震或慢滑移,天然地震目前在俯冲带才能够观测到慢滑移,在冰震研究中,由于冰川运动很快,应该很容易观测到慢滑移。进一步根据环境因素观测获得应力应变条件,使得精确计算得到慢滑移发生的条件和机制成为可能。

参考:
[1] Allstadt K, Malone S D.2014. Swarms of repeating stick-slip icequakes triggered by snow loading atMount Rainier volcano[J]. Journal of Geophysical Research-Earth Surface, 119(5):1180-1203.
[2] 陈宇乔. 2018.大陆型山谷冰川冰震的规律和影响因素——以老虎沟12号冰川为例[J]. 海洋学研究, 36(3): 50-56.
[3] LaroseE, Carrière S, Voisin C, et al. 2015. Environmental seismology: What can welearn on earth surface processes with ambient noise?[J]. Journal of AppliedGeophysics, 116: 62-74.
[4] PodolskiyE A, Walter F. 2016. Cryoseismology[J]. Reviews of Geophysics, 54(4): 708-758.
[5] PengZ, Walter J I, Aster R C, et al. 2014. Antarctic icequakes triggered by the2010 Maule earthquake in Chile[J]. Nature Geoscience, 7(9): 677-681.
——-
左洪,裴顺平,何建坤,孙权,薛晓添,刘雁冰,李佳蔚,李磊. 2021. 冰川地震学研究进展. 地球与行星物理论评,52(0):1-11 http://www.sjdz.org.cn/cn/article/doi/10.16738/j.dqyxx.2021-002

本文来自震球期刊, 本文观点不代表“沙鸥科报”立场,转载请联系原作者。如有侵权,请联系编辑处理。

Copyright © 2016-2021 沙鸥科报 版权所有 - 沪ICP备17044971号-2