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實驗室模型指向地震監(jiān)測新路徑
2025年06月13日 15:56:24
來源：化工儀器網(wǎng) 作者：羊舌木 點擊量：2007
近日，美國南加州大學(xué)研究人員在《國家科學(xué)院院刊》發(fā)表突破性成果：通過開發(fā)高精度實驗室地震模型，首次將斷層表面微觀接觸面積的動態(tài)變化與地震發(fā)生概率直接關(guān)聯(lián)，為理解地震機制提供了全新的物理框架。
近日，美國南加州大學(xué)研究人員在《國家科學(xué)院院刊》發(fā)表突破性成果：通過開發(fā)高精度實驗室地震模型，首次將斷層表面微觀接觸面積的動態(tài)變化與地震發(fā)生概率直接關(guān)聯(lián)，為理解地震機制提供了全新的物理框架。這一發(fā)現(xiàn)不僅填補了經(jīng)典摩擦定律與實際地震行為之間的理論空白，更指向了地震預(yù)測技術(shù)的潛在革新方向。
傳統(tǒng)地震研究長期依賴“速率與狀態(tài)”摩擦定律模擬地震，該定律通過數(shù)學(xué)模型描述斷層滑動行為，但其物理機制始終未明。研究團隊提出了一種物理本構(gòu)模型，將斷層間實際接觸面積作為核心狀態(tài)變量，成功解釋了地震周期中應(yīng)力積累與快速破裂的動態(tài)過程。
美國南加州大學(xué)的Sylvain Barbot指出：“我們首次通過實驗觀測到，地震的觸發(fā)與斷層接觸面積的劇烈弱化直接相關(guān)——在模擬的快速破裂階段，約30%的接觸面積在毫秒間消失，這種劇烈弱化正是驅(qū)動地震的關(guān)鍵。”
研究發(fā)現(xiàn)，接觸面積的變化會顯著影響斷層的電導(dǎo)率、水力滲透性及地震波傳播特性。Barbot團隊提出，持續(xù)監(jiān)測這些代理參數(shù)，或為地震短期預(yù)警提供全新工具。“若如果我們能夠在自然斷層上持續(xù)監(jiān)測這些特性，或許能夠探測到地震成核的早期階段，這將催生在地震波輻射前早期監(jiān)測震源孕育過程的新方法。”
盡管當(dāng)前模型仍基于實驗室條件，研究已揭示控制地震破裂的核心機制。論文指出，自然斷層中可能存在更多復(fù)雜過程，如接觸質(zhì)量變化、摩擦熔化等，需進一步結(jié)合現(xiàn)場觀測驗證。Barbot表示：“隨著對斷層摩擦物理機制的深入理解，主動監(jiān)測技術(shù)有望成為減輕地震災(zāi)害的重要手段。”
該研究不僅重構(gòu)了地震力學(xué)的基礎(chǔ)理論框架，更指向了從微觀接觸力學(xué)到宏觀災(zāi)害預(yù)測的跨尺度研究路徑。未來，結(jié)合地球物理觀測網(wǎng)絡(luò)與實驗室模型的迭代優(yōu)化，或為地震預(yù)測帶來革命性突破。
(資料參考來源：中國科學(xué)報)
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