地震科学家在寻找下一个大地震的竞赛中有了新工具

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努力中缺失的重要部分。

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，摩擦现象可能是了解断层何时以及如何剧烈移动的关键。这是因为这种现象决定了断层表面在地震后结合或愈合的速度，它可以解释为什么将一个沉重的箱子从静止状态推起比将它保持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，而快速愈合的断层更有可能坚持下去，直到它在一场破坏性大的地震中破裂。

这一发现可能是了解断层移动的时间和剧烈程度的关键。仅凭这一点并不能让科学家预测下一次大地震何时发生——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大地震发生的原因和可能性，作者说。

“相同的物理学和逻辑应该适用于世界各地所有不同类型的断层，”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 Demian Saffer 说。“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断层)可能发生的地震滑动事件的规模和频率做出可测试的预测。”

为了做出这一发现，研究人员设计了一项测试，将新西兰海岸附近一个经过充分研究的断层的岩石与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“慢动作”地震，因为粘土- 断层内丰富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断层的海底下约半英里处钻取的。他们用液压机挤压断层带岩石，发现它们愈合非常缓慢，而且很容易滑倒。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缓慢的小震颤，这与新西兰断层的观测结果几乎完全吻合。

研究人员认为，在许多大断层中常见的富含粘土的岩石可以通过让板块悄悄地相互滑过来调节地震，从而限制应力的积累。该研究的共同负责人、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 Srisharan Shreedharan 表示，这一发现可用于确定断层是否容易在大地震中发生滑动。

“这并没有让我们更接近实际预测地震，但它确实告诉我们断层是否可能在没有地震的情况下悄无声息地滑动，或者是否有大地震，”他说。

在卡斯卡迪亚，几乎没有证据表明有浅层、慢动作的震颤。这就是太平洋西北地震台网希望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。

“我们希望将断层浅层的过程归零，因为这决定了海啸的规模，”未参与该研究的托宾说。“断层愈合并不能解释一切，但它确实为我们提供了一个窗口，让我们了解以前没有的俯冲带断层的工作原理。”

该研究由德克萨斯大学地球物理研究所、国际海洋发现计划和新西兰 GNS 科学资助。新西兰岩石样本是在 2018 年科学海洋钻探任务期间收集的，该任务由 Saffer 和新西兰德克萨斯大学地球物理和 GNS 科学研究所的研究科学家 Laura Wallace 共同领导。合著者包括同样在 GNS Science 的 Wallace 和 Charles Williams，他们合作进行了该研究的计算机建模。