南非金矿有颗“地震心”

科学家计划在南非的Moab Khotsong金矿底部钻探。资料来源:HIROSHI OGASAWARA

钻探可能导致地震的断层并不容易。为了防止骨折，需要专业的工具、技术人员和大量的时间和金钱。而且，没有捷径可走。当然，可能有一个:在南非的金矿安装一台高速电梯，它可以到达地球中心3公里。

最近，科学家计划在莫阿布·霍桑矿井底部钻一个750米深的洞。该矿位于约翰内斯堡西南180公里处。三年前，这里发生了5.5级地震。地震源于矿井底部一个以前未知的断层。余震接踵而至。

这个价值160万美元的项目如果成功，预计将揭示“新生”断层的内部运动。这些断层经历了第一次地震，将有助于对地震如何发展以及人类活动如何无意中引发地震产生新的理解。

这个名为“地震易发区钻探”的国际项目得到了国际大陆科学钻探计划(ICDP)的支持。20世纪90年代初，德国在国际地球科学家的支持下，带领来自28个国家的250名专家出席并制定了ICDP计划。

此外，其他计划钻探活动断层的项目，如加利福尼亚的圣安地列斯断层和新西兰的阿尔卑斯断层，已经花费了数千万美元并钻了2个孔。

在南非的矿井中，研究人员找到了一种快速且相对便宜的方法来获取关于引发地震的破碎岩石的详细信息。"在日本，我们不能轻易靠近震中."日本东北大学的地震学家Yasuo Yabe说，“人们通常进出矿井。”

DSeis计划在其他几个矿井进行钻探。然而，这个项目并非一帆风顺。2014年8月，奥克尼发生5.5级地震，袭击了莫阿布孔松矿的下部，造成一人死亡。然而，这一事件使DSeis进入了一个快速发展的时期。

奥克尼的地震是该国50年来最大的地震。南非金矿将频繁发生小规模地震，这是由人们的爆破和挖掘活动引发的。然而，奥克尼地震的震级更大，震源更深:与大多数诱发地震不同，它与矿井不在同一个平面上。此外，它们的岩石彼此水平滑动，而不是像小地震那样垂直滑动。

这些秘密事件令矿业公司非常担忧。他们想在地下挖得更深以找到更多的黄金，所以他们不想被意想不到的地震所困扰。日本京都立命馆大学的地震学家小笠原博史(Hiroshi Ogasawara)表示，他们接受了长期合作伙伴的说辞，并决定将奥克尼断层列入日本地震研究所的目标名单。

事实上，大多数钻探地震区的项目都以断层为目标，比如圣安地列斯断层。然而，DSeis的合作者和斯坦福大学地球物理学家威廉·埃尔斯沃斯说，由于其安静的构造环境，人们有充分的理由相信奥克尼的地震是由一次或几次断裂的断层引起的。

这种断层可能缺乏“岩石粉末”，这种粉末会在活动断层中积累，很难区分一次地震是如何将其能量分解成地震波、热量、应变和碎石的。"我们有一个很好的机会揭开异常普通地震的神秘面纱。"埃尔斯沃斯说。

矿井是一个充满挑战的工作环境。周围出奇的安静，空气中充满了刺鼻的气味。“这里似乎有地狱。”参与该项目的普林斯顿大学地球物理学家图利斯·翁斯托特说。

Onstott的目标是找出地震是否能促进岩石深处微生物的生存。在他已经尝试了10年的实验中，翁斯托特计划在圣安地列斯井安装一个自动取样系统，该系统将由地震活动触发。

先前的研究表明，地震可以释放氢脉冲。这些氢气来自岩石被封闭或地层破裂时发生的化学反应。昂索特希望，如果地震导致微生物繁荣，火星上类似的断层将成为生命的目标。"这将影响美国宇航局火星2020探测器着陆地点的选择."他说。

此外，矿山经营者似乎也能够得到他们一直在寻找的东西:更清晰的人类活动如何引发地震的图片。在美国，已知用于石油和天然气开采废水的地下处理系统通过增加岩石孔隙压力来诱发地震。

然而，俄克拉荷马大学的地球物理学家Ze'ev Reches说孔隙压力不太可能是南非地震的原因。但是他也注意到奥克尼群岛的地震源位于一个以前未标出的断层的底部。

然而，DSeis仍有许多困难。今年5月，该运营商取消了另一个矿井的钻井项目，因为相关的作业会导致落石。Single Ogasawara说，他们有许多地震断层候选，包括许多可以直接到达震源的小断层和浅断层。“我们想展示来源。”小笠原说。(唐毅宸编译)