南加州持續發生四年的神秘群震，科學家終於知道原因了

這項分析使用了一種電腦演算法，抽絲剝繭地把小地震發生的時間和地點找出來，最後做出了一張驚人的圖片，詳細描繪了群震活動沿著蛛網般的斷裂面發生的情形。這張關於群震發展的詳細圖片，顯示出這一系列群震是被自然注入斷層系的流體所觸發。這項成果暗示了流體可能也對在世界其他地方測到的群震有所影響──而使用的這種方法對改善全球地震分析也證明是有用的。

「這裡面的細節令人難以置信。」沒有參加這個研究團隊的伊麗莎白．瓦那科（Elizabeth Vanacore）說，她是馬雅圭斯市（Mayagüez）波多黎各大學（University of Puerto Rico）波多黎各地震網（Puerto Rico Seismic Network）的地震學家。「這種研究是最先進的，也的確是科學發展的方向。」

找出一群小地震

沿著斷層線的地殼裂隙，曾經被認為只是簡單的構造，不過「實際上斷層帶是非常複雜的地區。」華盛頓大學（University of Washington）的海洋地震學家愛蜜莉．羅蘭（Emily Roland）說，她沒有參加這個研究團隊。有些斷層還會彎曲，其它的則在地底交錯。而這項新研究所分析的裂隙則在地底錯綜複雜地交織在一起，像迷宮般地延伸好幾公里。

揭露出了這種複雜的結構的群震，直到2017年才被注意到。當時一封來自某位好奇市民的電子郵件寄到了南加州地震網（Southern California Seismic Network）的信箱裡。那封郵件是要索取在加州一處人口稀疏地區所發生的一連串小地震的資訊。

那個地區乍看之下沒有任何特別之處，加州理工學院（California Institute of Technology）的地球物理學家札卡里．羅斯（Zachary Ross）說，他領導了這份6月18日發表在《科學》期刊的研究。該區域經常會有小地震，離活躍的聖賈辛托（San Jacinto）斷層帶約16公里。然而在深入挖掘該區域的地震史後，研究人員了解到電子郵件的作者是想研究某些現象：在密欣印地安保留區（Mission Indians reservation）的卡維拉帶（Cahuilla Band），從差不多一年前，也就是2016年開始出現的一系列沿著它邊緣起伏的小地震。

這種小地震形成的群震明顯不同於那些大地震，後者經常遵循一種常見模式：在一個強烈地震（或是說主震）發生後，後面會跟著一系列餘震。這些餘震的強度和頻率在可預測的一段時間內會逐漸減少。

群震完全是另一種地質怪獸，這種事件的發展很少有邏輯可言，而且它們有時候是由數百到數千個強度相近的小型或中型地震組成。大部分群震是在是在幾小時、幾天或甚至幾個月內突然出現的許多地震。在波多黎各群震特別常見，這種地震叢發的情況往往持續36到48小時，瓦那科說。

儘管有許多群震都和汩汩作響的火山有關，但也有其他群震發生在離任何重大地層活動都很遠的地方。而這些群震事件造成破壞的可能性不一，從2016年初期持續到去年的卡維拉群震事件裡發生了大量的地震──但搖晃程度全都非常輕微，在這四年內從未造成任何重大傷害。

「它們是怎麼開始的，以及為什麼會這樣表現仍有爭議。」沒有參與這項研究的加州大學河濱分校（University of California, Riverside）的地震學家阿比吉特．高士（Abhijit Ghosh）說。

為了詳細調查這些事件，科學家需要一種方法能從大量的地震資料中，把所有的小地震找出來。過去幾年來，羅斯和他的同事一直在努力發展各種利用機器學習的能力來尋找和監測地震的新方法。藉由將人類專家標示好的地震資料輸入給神經網路演算法，機器能學會從一大堆地震計輸出的雜亂彎曲線條裡辨認出小地震來。

「我們決定放手讓［卡維拉群震］資料集使用這種分析方式。」羅斯說。

地底下的迷宮

這個團隊得到的成果，對於卡維拉群震事件如何發展進行了非常複雜的檢視。研究人員推斷有一個流體──類似水或液態二氧化碳──儲集層持續停留在斷層結構之下，這些流體多年來都被封鎖在斷層系之外，不過在2016年時，某種東西破壞了這個岩石分隔，於是流體就注入斷層內，既改變了斷層系的壓力，也滑潤了各個裂隙，進而觸發了這個群震大約在8公里深處的首次地震。

接下來的幾個月裡，這個群震就從那個狹窄的起點開始慢慢地向上和向外移動。一道輻射狀的地震前緣沿著地下岩石破裂面成扇形散開──恰好就是流體流散的方式。有些地震前緣的路徑最終消失了，可能是因為流體抵達了裂縫的末端。其他時候地震似乎會停在一個邊界前面，接著先向兩旁移動，然後再回到原來的軌跡，就像河流繞過石頭那樣。

RILEY D. CHAMPINE, NGM STAFF;SOURCE: ZACHARY ROSS, CALTECH

2018年8月，在群震開始將近3年後，一個特別堅實的障礙似乎攔下了流體向上的進展。地震先是轉了個彎，最後才找到一條新路徑重新開始向表面蔓延。而流體就是在那時觸發了群震中強度最大的一場地震──地震矩（Mw）規模4.4級，讓只要是住在上面的人都能感受到地底傳來的晃動。這個地震是「一股對斷層系的巨大推力。」羅斯說，在群震消失前的最後一波能量釋放，它引發了這些小地震中的一個高峰。

總歸來說，這份研究提供了一幅令人信服的圖像，說明在南加州的地底下，流體是如何湧入斷層帶，透過岩石推動了一個連續四年的群震。類似的流體注入過程也可能造成世上的其他群震，雖然群集地震的發生很可能具有多重原因。

「每一系列群震、每一個地殼構造區都有自己的怪癖、自己的特性。」瓦那科說。例如波多黎各的群震，就是在地表下相當深的地方搖晃，而且可能是板塊在沒入地底時發生破裂的結果。

這份研究同時也展示了機器學習可以如何協助地質學家，描繪出地球地下領域的詳細圖像。每一個地震就像是點彩畫上的一個彩點，如果只研究那些最大的地震，你只會看到湊成一堆的零碎斑點，然而當我們把小地震填入後，藏在地球上許多裂隙和地震背後的那些複雜物理，才會如同一幅完整繪畫在我們眼前浮現。

延伸閱讀：一場持續了50天的地震，為何眾人一無所悉？/地震會引起火山爆發嗎？科學家為此吵翻天