Seismisk kort over Nordamerika afslører geologiske spor, fare for jordskælv

Hvordan dannes bjerge? Hvilke kræfter er nødvendige for at udskære et bassin? Hvorfor ryster og ryster Jorden?

Jordforskere forfølger disse grundlæggende spørgsmål for at få en bedre forståelse af vores planets dybe fortid og nutid. Deres opdagelser hjælper os også med at planlægge fremtiden ved at forberede os på jordskælv, bestemme, hvor der skal bores efter olie og gas, og mere. Nu, i en ny, udvidet kort over de tektoniske spændinger, der virker på Nordamerika, Stanford-forskere præsenterer det hidtil mest omfattende billede af de kræfter, der er i spil under jordens overflade.

Fundene, udgivet i Naturkommunikation den 23. april, har implikationer for at forstå og afbøde problemer forbundet med induceret seismicitet - menneskeskabte jordskælv - fra ukonventionel olie- og gasindvinding, især i Oklahoma, Texas og andre områder målrettet efter energiudforskning. Men de stiller også et helt nyt sæt spørgsmål, som forskerne håber vil stimulere en lang række modelleringsstudier.

"At forstå kræfterne i jordskorpen er grundlæggende videnskab, " sagde undersøgelsens medforfatter Mark Zoback, Benjamin M. Page professor i geofysik ved Stanford's School of Earth, Energi- og miljøvidenskab (Stanford Earth). "I nogle tilfælde, den har øjeblikkelig anvendelse, hos andre, det kan anvendes årtier senere på praktiske spørgsmål, der ikke findes i dag. "

Første kontinentale syntese af data

Den nye forskning giver den første kvantitative syntese af fejl på tværs af hele kontinentet, samt hundredvis af målinger af trykspændingsretninger - den retning, hvorfra det største tryk opstår i jordskorpen. Kortet blev fremstillet ved at kompilere nye og tidligere offentliggjorte målinger fra borehuller samt slutninger om typer eller "stile" af forkastninger baseret på jordskælv, der har fundet sted i fortiden.

De tre mulige fejltyper inkluderer forlængelse, eller normal fejl, hvor skorpen strækker sig vandret; skridsikker fejl, hvor Jorden glider forbi sig selv, som i San Andreas -fejlen; og omvendt, eller fremstød, forkastning, hvor Jorden bevæger sig over sig selv. Hver af dem forårsager meget forskellige rystelser fra et faresynspunkt.

"På vores farekort lige nu, de fleste steder, vi har ikke direkte beviser for, hvilken slags jordskælvsmekanismer der kunne opstå, " sagde Jack Baker, en professor i civil- og miljøteknik, der ikke var involveret i undersøgelsen. "Det er spændende, at vi har skiftet fra denne blinde antagelse om, at alt er muligt til at have nogle lokationsspecifikke slutninger om, hvilke typer jordskælv vi kan forvente."

Zoomer ind

Ud over at præsentere et overblik på kontinentniveau af processerne, der styrer den nordamerikanske plade, dataene - som omfatter næsten 2, 000 stressorienteringer, 300 af dem er nye i denne undersøgelse - tilbyder regionale spor om undergrundens adfærd.

"Hvis du kender en orientering af en fejl og en tilstand af stress i nærheden, du ved, hvor sandsynligt det er at mislykkes, og om du skal være bekymret over det i både naturligt udløste og industriudløste jordskælvsscenarier, " sagde hovedforfatter Jens-Erik Lund Snee, Ph.d. '20, nu postdoc ved United States Geological Survey (USGS) i Lakewood, Colorado. "Vi har detaljeret et par steder, hvor tidligere offentliggjorte geodynamiske modeller stemmer meget godt overens med de nye data, og andre, hvor modellerne slet ikke stemmer godt overens."

I det østlige USA, for eksempel, fejlformen, som undersøgelsen afslørede, er nøjagtigt det modsatte af, hvad man kunne forvente, da overfladen langsomt "rebounder" efter smeltningen af ​​iskapper, der dækkede det meste af Canada og det nordlige USA omkring 20, 000 år siden, ifølge Lund Snee. Opdagelsen af, at rebound-spændingerne er meget mindre end dem, der allerede er lagret i skorpen fra pladetektonikken, vil fremme videnskabsmænds forståelse af jordskælvspotentialet i dette område.

I det vestlige USA, forskerne var overraskede over at se ændringer i stresstyper og orienteringer over korte afstande, med større rotationer, der kun forekommer over snesevis af miles - en funktion, som nuværende modeller af Jordens dynamik ikke afslører.

"Det er bare meget tydeligere nu, hvordan stress systematisk kan variere på skalaen af ​​et sedimentært bassin i nogle områder, " sagde Zoback. "Vi ser ting, vi aldrig har set før, der kræver geologisk forklaring. Dette vil lære os nye ting om, hvordan Jorden fungerer."