地震波追踪冬季后洛杉矶地下水补给的过程

2023 年创纪录的暴风雨淹没了加州的主要水库，在一定程度上缓解了长达数十年的干旱，但创纪录的降雨有多少流入地下呢？

斯坦福大学的毛舒关和她的同事使用了一种令人惊讶的方法来回答洛杉矶大都市区的这个问题。 他们分析了穿过洛杉矶盆地的地震波速度的变化，并跟踪了 2023 年 1 月至 10 月期间这些空间和时间的变化。

正如毛泽东在美国地震学会（SSA）所说的那样。 2024年年会他们的研究发现，在地表以下约 50 米的非常浅的深度，地下水位几乎完全恢复。 然而，过去20年流失的地下水中只有约25%在约300米或更深的深度得到了补充，这可能是因为难以将雨水过滤到更深的地下层。

“这意味着一年的暴风雨不足以恢复最近干旱期间积累的地下水枯竭。深层含水层需要更多的湿润年份才能完全恢复，”毛说。

她指出，在干旱期间，地下水占加州用水量的 60% 以上。

毛和她的同事是利用地震数据了解洛杉矶盆地地下水位的先驱，作为其他测量地下水位方法的补充。 毛解释说，更传统的方法涉及钻井，这种方法成本昂贵，而且只能提供“点尺度测量”。 “你不知道两口井之间的水位，或者相对于你的井更浅或更深的其他含水层的水位是多少。”

最近，研究人员利用卫星测量来检测地球表面变形或重力场的微小变化，这可以很好地推断地下水储存量随时间和区域的变化。 “这些表面测量无法告诉我们不同深度发生的情况，但这就是我们作为地震学家可以提供的帮助，”毛说。

研究人员利用南加州地震台网 65 个宽带地震仪的数据，研究了地震波传播速度的变化。 他们使用的数据是由海洋、风和人类活动引起的“背景”地震振动，而不是与地震相关的地震波。

“这些地震背景振动是连续的，使我们能够连续测量和监测地震速度变化，”毛说。

地震波的速度根据波所穿过的材料的机械状态而变化。 当地下水位上升时，岩石之间孔隙空间的压力增加，地震波在这些多孔岩石中传播得更慢。

研究人员发现，他们根据地震速度变化计算出的地下水储量估计值与井和卫星数据得出的地下水储量测量结果相比较。

研究人员还在圣盖博谷和雷蒙德盆地发现了显着的含水层补给，这可能是由于来自圣盖博山脉的地表或地下水流造成的。

毛说，密集的地震网络和严重的水资源短缺使洛杉矶成为“展示现有地震数据如何有助于监测、了解和管理含水层的理想场所”。

她补充说，地震数据可能会与多种类型的测量相结合，以生成以可持续、数据知情的方式管理宝贵资源所需的地下水动态的全面图景。

将于八月成为德克萨斯大学奥斯汀分校助理教授的毛表示，她将在奥斯汀应用地震技术来监测该地区含水层对人工补给的反应。