美國研究人員近日在美國《國家科學(xué)院學(xué)報》上發(fā)表論文稱，通過構(gòu)建可視化的地震模型，他們首次實時追蹤了斷層面之間微觀接觸點在地震周期中的演化過程，從而揭示板塊構(gòu)造應(yīng)力緩慢積累與地震快速破裂背后的物理機制。研究結(jié)果有望為地震預(yù)測和預(yù)警開辟新路徑。
美國南加州大學(xué)的研究人員介紹說，當(dāng)兩個粗糙表面相互滑動時，實際上只在極小的、孤立的接觸點接觸，總接觸面積只占整個表面的一小部分。而這一用肉眼無法看到、但可通過光學(xué)方法測量的實際接觸面積，正是控制地震行為的關(guān)鍵狀態(tài)變量。
借助透明的丙烯酸材料，研究人員在實驗室“真正看到”了地震破裂的實時過程。通過高速相機和光學(xué)測量，研究人員追蹤了在實驗室地震中，LED光傳輸是如何隨著接觸點的接觸變化而變化的。在地震快速破裂過程中，研究人員觀察到大約30%的接觸面積在幾毫秒內(nèi)消失，這推動了地震的發(fā)生。
在分析了26種不同的模擬地震情境后，研究人員發(fā)現(xiàn)破裂速度與斷裂能（即“撕裂”或“裂開”材料所需的能量）之間的關(guān)系符合線彈性斷裂力學(xué)的預(yù)測。他們的計算機模擬不僅成功再現(xiàn)了實驗中的緩慢和快速地震過程，還在破裂速度、應(yīng)力下降幅度和光透過率等多個維度與預(yù)測結(jié)果高度吻合。地震周期中接觸面積的變化會影響諸如電導(dǎo)率、滲透率和地震波透射率等多種可測物理屬性。因此，持續(xù)監(jiān)測這些間接指標(biāo)，有望揭示斷層的行為變化。
這項研究結(jié)果揭示了一個長期隱藏的聯(lián)系：標(biāo)準(zhǔn)地震模型中使用的經(jīng)驗性“狀態(tài)變量”，其實正對應(yīng)著斷層面之間的實際接觸面積。這是自20世紀(jì)70年代以來，地震科學(xué)領(lǐng)域第一次對這一關(guān)鍵數(shù)學(xué)變量給出物理解釋。
這一發(fā)現(xiàn)不僅具有理論意義，更可能為現(xiàn)實世界的地震預(yù)測帶來突破。未來，監(jiān)測斷層真實接觸狀態(tài)的物理屬性可能成為短期預(yù)警系統(tǒng)的關(guān)鍵。
美國研究人員近日在美國《國家科學(xué)院學(xué)報》上發(fā)表論文稱，通過構(gòu)建可視化的地震模型，他們首次實時追蹤了斷層面之間微觀接觸點在地震周期中的演化過程，從而揭示板塊構(gòu)造應(yīng)力緩慢積累與地震快速破裂背后的物理機制。研究結(jié)果有望為地震預(yù)測和預(yù)警開辟新路徑。
美國南加州大學(xué)的研究人員介紹說，當(dāng)兩個粗糙表面相互滑動時，實際上只在極小的、孤立的接觸點接觸，總接觸面積只占整個表面的一小部分。而這一用肉眼無法看到、但可通過光學(xué)方法測量的實際接觸面積，正是控制地震行為的關(guān)鍵狀態(tài)變量。
借助透明的丙烯酸材料，研究人員在實驗室“真正看到”了地震破裂的實時過程。通過高速相機和光學(xué)測量，研究人員追蹤了在實驗室地震中，LED光傳輸是如何隨著接觸點的接觸變化而變化的。在地震快速破裂過程中，研究人員觀察到大約30%的接觸面積在幾毫秒內(nèi)消失，這推動了地震的發(fā)生。
在分析了26種不同的模擬地震情境后，研究人員發(fā)現(xiàn)破裂速度與斷裂能（即“撕裂”或“裂開”材料所需的能量）之間的關(guān)系符合線彈性斷裂力學(xué)的預(yù)測。他們的計算機模擬不僅成功再現(xiàn)了實驗中的緩慢和快速地震過程，還在破裂速度、應(yīng)力下降幅度和光透過率等多個維度與預(yù)測結(jié)果高度吻合。地震周期中接觸面積的變化會影響諸如電導(dǎo)率、滲透率和地震波透射率等多種可測物理屬性。因此，持續(xù)監(jiān)測這些間接指標(biāo)，有望揭示斷層的行為變化。
這項研究結(jié)果揭示了一個長期隱藏的聯(lián)系：標(biāo)準(zhǔn)地震模型中使用的經(jīng)驗性“狀態(tài)變量”，其實正對應(yīng)著斷層面之間的實際接觸面積。這是自20世紀(jì)70年代以來，地震科學(xué)領(lǐng)域第一次對這一關(guān)鍵數(shù)學(xué)變量給出物理解釋。
這一發(fā)現(xiàn)不僅具有理論意義，更可能為現(xiàn)實世界的地震預(yù)測帶來突破。未來，監(jiān)測斷層真實接觸狀態(tài)的物理屬性可能成為短期預(yù)警系統(tǒng)的關(guān)鍵。
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