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2023-02-18 13:43

地震科学家有了寻找下一个大地震的新工具

物理学的一个日常怪癖可能是科学家预测世界上最强烈地震的一个重要缺失部分。

在《科学》杂志上发表的一项研究中,德克萨斯大学奥斯汀分校的研究人员发现,摩擦现象可能是理解断层何时剧烈运动以及如何剧烈运动的关键。这是因为这种现象决定了地震后断层表面粘合或愈合的速度,它解释了为什么将一个沉重的箱子从静止状态推起比保持它移动需要更多的努力。愈合缓慢的断层更有可能无害地移动,而愈合迅速的断层更有可能粘在一起,直到在破坏性的大地震中断裂。

这一发现可能是理解断层何时剧烈移动的关键。作者说,仅凭这一点还不能让科学家预测下一次大地震的发生时间——大地震背后的力量太复杂了——但它确实为研究人员提供了一种有价值的新方法,来调查破坏性大地震发生的原因和可能性。

该研究的共同主要作者、德克萨斯大学杰克逊地球科学学院地球物理研究所所长德米安·萨弗说:“同样的物理和逻辑应该适用于世界各地所有不同类型的断层。”“有了正确的样本和现场观察,我们现在可以开始对其他主要断层(如太平洋西北地区的卡斯卡迪亚)可能发生的大地震滑动事件的大小和频率进行可测试的预测。”

为了做出这一发现,研究人员设计了一种测试,将来自新西兰海岸一个经过充分研究的断层的岩石和一个计算机模型结合起来,成功地计算出每隔几年就会发生一次无害的“缓慢运动”地震,因为断层内富含粘土的岩石愈合非常缓慢。

研究人员测试的岩石样本是从新西兰一个断层海底下约半英里处钻取的。他们用液压机挤压断裂带的岩石,发现它们愈合得很慢,很容易滑倒。当他们将岩石数据输入断层的计算机模型时,结果是每两年发生一次轻微的慢动作震颤,与新西兰断层的观测结果几乎完全吻合。

研究人员认为,在许多大断层上常见的富含粘土的岩石,可以通过允许板块悄悄滑过彼此来调节地震,从而限制应力的积聚。德克萨斯大学地球物理研究所附属研究员、犹他州立大学助理教授、该研究的联合负责人Srisharan Shreedharan说,这一发现可以用来确定断层是否容易在破坏性大地震中滑动。

他说:“这并没有让我们更接近于实际预测地震,但它确实告诉我们,一个断层是可能无声地滑动而不发生地震,还是可能发生大地震。”

在卡斯卡迪亚,几乎没有浅层缓慢震动的迹象。这也是太平洋西北地震台网想要在断层的关键区域放置传感器的原因之一。网络主管哈罗德·托宾说,这项新研究为他们提供了这样做的框架。

托宾没有参与这项研究,他说:“我们想把注意力集中在断层浅层的过程上,因为这是决定海啸规模的因素。”“断层愈合并不能解释一切,但它确实为我们提供了一个了解俯冲带断层工作的窗口,这是我们以前没有的。”