多年来，日本地震学家对存在于海底的某个断层感到忧虑，那就是日本东南沿海的南海海槽（又称南开海槽），这里曾是日本历史上多次发生最具破坏性大地震的震源所在地――据认为，此处的断层正在酝酿着下一波大地震。今年早些时候，研究人员通过深海探测船“KAIYO”在该水域建立了多个海底地震观测站，以此获得这一地区更多的信息，并希望在下一波大地震到来之前，能提供数秒钟的预警时间。今年3月，KAIYO曾在这片海区铺设了一批传感器，但在日本东北方向800公里处发生的大地震中，另一处断层发生断裂，并引发了一场给沿海地区造成巨大损失的海啸灾难。

 

　　地震学家没有料到的是，东北沿海的日本海沟竟然会发生如此规模的大地震，部分原因是因为他们没有在海底铺设足够的设备，未能及时发现断层处积累的大量应力随时有可能释放的迹象。在其他震区，无论是地质板块之间发生撞击，还是向下俯冲或下滑，同样也存在着缺少相应的数据资料。像类似的俯冲带曾发生过地球上威力巨大的地震，包括有史以来最大的地震灾害――1960年发生在智利海岸的里氏9.5级大地震。2004年，印度尼西亚苏门答腊岛沿海的一个俯冲带，在地震发生之后引发了一场大海啸，死亡人数超过23万人。地震学家预测，美国西北海岸沿海的一个俯冲带目前正处在应力积聚之中，一旦释放，将会在下个世纪发生一场里氏9.0级的大地震。

 

　　令地震学家感到麻烦的是，这些大断层都位于距大陆几百公里处的数千米深的海底，他们希望能在那里建立起配备有地震监测仪、全球定位仪以及其他设备的地震观测站，以了解那里的断层结构，从中观察和发现断层处的一些微妙变化，如海床地壳的扭曲变形等。

 

　　目前，日本沿海地区的海底断层观测站有50个，相比之下，陆地上的地震观测站多达8700个。在其他一些存在引发地震危险的俯冲带的国家，很少或根本没有设置在海底的地震传感器。相反，他们仅仅依赖于陆地上的地震观测站所获取的一些地震活动测量数据，即从很远处获得并不清晰的数据资料。这就好比心脏病专家将听诊器放在病人的脚上听诊患者的心脏，显然是徒劳无功的。

 

　　地震学家目前正在试图采取近处观测的行动。日本在南海海槽布置的地震监测网是迄今为止最为雄心勃勃的项目，美国和加拿大也有类似的计划，以监测从加利福尼亚州北部到不列颠哥伦比亚省的卡斯卡迪亚俯冲带的地震活动。地球物理学家希望能以更可靠的地震监测数据来提高对俯冲带地震活动的认识，并在地震灾害即将到来之时尽早发现一些迹象。

 

　　“在没有安装海底地震监测设施的情况下，对于地震风险，一直以来我们都只能凭借猜测进行判断，”新加坡地球观测站从事印尼地震风险研究的大地测量学家艾玛·希尔（Emma Hill）说道。

 

　　根据俯冲带板块构造的理论，俯冲带是地质活动循环往复的一个中心地区，较大的海洋板块和大陆板块的运动形成了地球表面脆弱的外壳，当两个板块发生碰撞时，密度较大而寒冷的海洋地壳向下俯冲，而此时借助“浮力”的地壳岩石则抬升到上面。但是，这种卡通画式的模式――即海洋板块下沉到大陆板块之下――是一个过于简单化的描述。希尔指出：“这种运动是复杂的，而在我们所建立的模式中，则试图将其想象为某一平整的平面。”

 

　　地球物理学家很想知道两个板块在一起发生“研磨”时的细节。他们猜测，有时候俯冲板块处的海山或其他表面粗糙的地貌特征，会与上层板块的下部扭在一起。在被“锁定”几十年或几百年之后，期间集聚起的应力一旦冲破束缚，就会在瞬间爆发出巨大的能量，形成一次超级大地震。以今年3月的日本大地震为例，地震学家怀疑，两大板块之间的边界处，之前一直被“锁定”着，而由于缺乏对该俯冲带结构的了解以及其应力积累的情况，人们一直没有觉察到可能发生地震的危险。

 

　　令日本人更为担心的是南海海槽区。根据日本官方的风险预测，在未来30年内发生一场里氏8.0级大地震的可能性为70％。作为“地震和海啸海底监测密集网系统（DONET）”的一部分，地球物理学家将在被认为可能成为地震震源的南海海槽地区，建立了一个由20个水下观测站组成的地震监测网络。从2006年开始的DONET项目预计将在今年完成，耗资日元达63亿日元（折合美元8200万）。

 

　　设置在海底地震观测站的地震检波器将接收和记录俯冲带地区发出的地震振动信号，以及全世界各地发生地震的地震波信号，所有这些都将有助于更好地捕捉上下地质板块交界处的情况变化信息：应力传感器通过测量海底水柱的重量变化以跟踪海床地壳扭曲变形情况，通过电信电缆将海底观测站与陆地观测站连接起来，地震学家可以实时获得传感器数据。

 

　　日本海洋地球科技署DONET项目负责人希望这些海底地震观测站将能够捕捉到整个地震周期的信息，包括从大地震之前的应力积聚到大地震发生时的应力释放。比如，地震学家想要知道大地震是如何开始的，以及在地震发生之前有些什么样的变化活动等。

 

　　当有大地震发生时，DONET可在离震中足够近的距离内，向大阪、东京和其他有可能受到毁灭性地震波冲击的城市提供早期预警信号；压力传感器也可提前感知朝着海岸席卷而来的海啸并及时发出警报。

 

　　对于地震灾害，美国研究人员也有他们自己的种种忧虑，主要焦点集中于对卡斯卡迪亚地震带的担心，历史上那一地区曾发生过多次大地震和海啸，最近的一次大地震发生在距今300多年前。“卡斯卡迪亚俯冲带的地震危险性不容轻视，”美国哥伦比亚大学设在纽约的拉蒙特-多尔蒂地球观测所的玛亚·托尔斯托伊（Maya Tolstoy）说道。

 

　　托尔斯托伊是“卡斯卡迪亚”项目的主要研究人员之一，这一长达4年的研究项目计划建立一批临时性的海底地震观测站，以观察这条大断层的活动情况。今年7月，项目小组已经建立了60个海底观测站，极大地强化了现有的沿海地震观测网。该项目缘于2009年颁布的《美国恢复和再投资法案》得到了500万美元资金的资助和美国国家科学基金会的支持。

 

　　卡斯卡迪亚项目的每套海底地震监测设备价值6万―8万美元，一台压力计和一台汤罐那般大的地震仪，装在一个有调平系统和防止海洋生物破坏的防护钢罩容器内。这些观测点并不通过电缆与大陆连接，研究人员每年将传感器收集到的数据资料下载一次，然后将其转移到一个新的观测点。美国加利福尼亚大学伯克利分校的理查德·艾伦（Richard Allen）说，通过查明俯冲带的地震活动情况，卡斯卡迪亚项目将有助于更好地了解地质板块交界处的位置和结构等变化情况。比如，板块表面的粗糙或平整程度，以及两个板块被卡住的具体位置等。

 

　　海底观测站还有助于破译从陆地上获得的卡斯卡迪亚地区的异常地震信号。在陆地上布置的地震传感器可以捕捉到大量小地震的信息，以及没有人能够感觉到的在缓慢过程中释放出能量的地震活动。地震学家怀疑，这些信号能否反映俯冲带内部的活动，或板块内层的移动情况等，他们希望海底传感器收集到的地震活动记录能帮助解答这些疑问。

 

　　在卡斯卡迪亚地区建立长期海底地震观测系统，是作为美国与加拿大合作的被称为“海王星计划”的一部分。该计划将收集大量生物学、海洋学和地震学数据资料，用于基础研究和早期发现一些潜在危害并提出预警，如藻类的大量繁殖或地震威胁等。加拿大为此已投资1.43亿加元，去年完成安装了一个包括3个地震监测站、5个海底压力记录器以及其他设备的地震监测系统，并通过一条长达800公里的电缆环路将信息传输到陆地上的地震监测站。由于预算问题，海王星计划的美国部分被推迟到今夏才开始铺设电缆，为未来几年准备建立的海底地震监测站做好准备。

 

　　由于数百公里光纤电缆的安装费用十分高昂，地震学家正在致力于开发能够自主收集数据的航海机器人。其中一个拟议计划是，由加利福尼亚州森尼韦尔的液体机器人公司开发一对以波浪为动力的机器人，以及可独立工作的海底传感器。

 

　　通过海底传感器网络传来的大量数据资料，地震学家希望他们最终可以对地震俯冲带以及其所带来的威胁有更深入的了解。这种海底监测站“将成为未来几年地震观测的重要手段，”希尔说。虽然在今年3月发生于日本的那场地震灾害之前，海底地震观测网的一些计划已经启动，但这场地震灾难使得这方面的研究更显紧迫。希尔说：“由于日本的这场地震灾害，这方面研究已经引起了人们极大的重视。”