工程作为地震预测的主导

布朗大学的研究人员发现，断层网络的几何形状，而不仅仅是断层线的摩擦力，极大地影响了地震的发生和强度。 图片来源：SciTechDaily.com

布朗大学的研究人员发现，断层几何形状，包括断层带内的位错和复杂结构，在确定地震的概率和强度方面发挥着关键作用。 这一发现基于对加利福尼亚州断层线的研究，挑战了主要关注摩擦的传统观点。

通过仔细观察引发地震的岩石的几何成分，布朗大学的研究人员为长期以来关于地震根源的信念增添了新的皱纹。

重新审视地震动力学

该研究最近在该杂志上发表的一篇文章中进行了描述 自然它揭示了断层网络的排列方式在确定地震发生地点及其强度方面起着至关重要的作用。 这些发现挑战了传统观念，即这些断层上发生的摩擦类型主要决定地震是否发生，并且可以提高目前对地震如何发生的理解。

“我们的论文对地震发生的原因描绘了一幅截然不同的图景，”布朗大学地球物理学家、该论文的主要作者之一维克多·蔡(Victor Tsai)说。 “这对于预计哪里会发生地震、哪里不会发生地震以及预测哪里地震破坏性最大具有非常重要的意义。”

地震力学的传统观点

断层线是地球表面可见的边界，构成地球岩石圈的固体板块在断层线处相互碰撞。 蔡说，几十年来，地球物理学家一直认为，当断层上的应力累积到断层快速滑动或相互断裂的程度时，就会发生地震，从而以一种称为滑动行为的方式释放被压抑的应力。

研究人员假设，快速滑动和随之而来的剧烈地面运动是断层处可能发生的不稳定摩擦的结果。 相反，这个想法是，当摩擦力稳定时，板块会缓慢地相互滑动，而不会发生地震。 这种稳定、平稳的运动也称为爬行。

断层线行为的新视角

“人们试图测量这些摩擦特性，比如断层带是否具有不稳定摩擦或稳定摩擦，然后根据实验室测量结果，他们试图预测那里是否会发生地震，”蔡说。 他说。 “我们的研究结果表明，研究这些断层网络中断层的几何形状可能更重要，因为可能是这些边界周围结构的复杂几何形状造成了这种不稳定与稳定的行为。”

要考虑的几何形状包括底层岩石结构的复杂性，例如弯曲、间隙和台阶。 该研究基于加州断层带的数学建模和研究，使用来自美国地质调查局第四纪断层数据库和加州地质调查局的数据。

详细的例子和以前的研究

该研究小组还包括布朗大学研究生 Jaesuk Lee 和地球物理学家 Greg Hirth，他们提供了更详细的例子来说明地震是如何发生的。 他们说，将相互碰撞的缺陷想象成锯齿状的牙齿，就像锯子的边缘一样。

当牙齿较少或牙齿变钝时，岩石之间的滑动会更顺畅，从而可以爬行。 但当这些断层中的岩石结构更加复杂和粗糙时，这些结构就会粘在一起并粘在一起。 当这种情况发生时，它们会增加压力，最终当它们用力拉动时，它们会破裂，拉开并引发地震。

几何复杂性的影响

这项新研究基于 之前的工作 考虑一下为什么与世界不同地区的其他地震相比，某些地震会产生更大的地面运动，有时甚至是相同震级的地震。 研究表明，地震期间断层带内块体的碰撞对高频振动的产生有很大贡献，并提出了地下几何复杂性也可能在地震发生地点和原因中发挥作用的想法。

地震不平衡和强度

通过分析加利福尼亚州断层（其中包括著名的圣安德烈亚斯断层）的数据，研究人员发现，断层带下方具有复杂的几何形状（这意味着那里的结构不一致），结果证明，与几何形状较小的运动相比，其地面运动更强复杂的。 错误区域。 这也意味着，这些地区有的会发生较强的地震，有的地区会发生较弱的地震，有的地区不会发生地震。

研究人员根据他们分析的错误的平均不平衡程度确定了这一点。 该错位比衡量的是给定区域中断层的接近程度，以及所有断层都沿同一方向与沿不同方向的情况。 分析表明，断层较倾斜的断层带会导致地震形式的滑动事件。 断层几何形状更对齐的断层带有利于断层平滑蠕动而不会发生地震。

领导这项工作的研究生李说：“了解断层作为一个系统的行为方式对于理解地震发生的原因和方式至关重要。” “我们的研究表明，误差网络架构的复杂性是关键因素，它在独立观察组之间建立了有意义的联系，并将它们集成到一个新的框架中。”

地震研究的未来方向

研究人员表示，需要做更多的工作来充分验证该模型，但这项初步工作表明这个想法是有前途的，特别是因为错位或错位比错位特性更容易测量。 如果这项工作有效，有一天它可能会被纳入地震预测模型中。

目前，这还有很长的路要走，因为研究人员开始确定如何以这项研究为基础。

“接下来最明显的事情就是尝试走出加州，看看这种模式如何持续下去，”蔡说。 “这可能是了解地震如何发生的一种新方法。”

参考文献：“断层网络几何形状影响地震的摩擦行为”作者：Jaesuk Lee, Victor C. Tsai、Greg Hirth、Avigyan Chatterjee 和 Daniel T. 特鲁格曼，2024 年 6 月 5 日， 自然。
号码：10.1038/s41586-024-07518-6

该研究得到了国家科学基金会的支持。 除了李、蔡和赫斯之外，该团队还包括内华达大学里诺分校的 Avighyan Chatterjee 和 Daniel Trugman。