可视化模型为地震预警开辟新路径
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2025-06-19 22:00:41
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新华社北京6月18日电 美国研究人员近日在美国《国家科学院学报》上发表论文称，通过构建可视化的地震模型，他们首次实时追踪了断层面之间微观接触点在地震周期中的演化过程，从而揭示板块构造应力缓慢积累与地震快速破裂背后的物理机制。研究结果有望为地震预测和预警开辟新路径。
美国南加州大学的研究人员介绍说，当两个粗糙表面相互滑动时，实际上只在极小的、孤立的接触点接触，总接触面积只占整个表面的一小部分。而这一用肉眼无法看到、但可通过光学方法测量的实际接触面积，正是控制地震行为的关键状态变量。
借助透明的丙烯酸材料，研究人员在实验室“真正看到”了地震破裂的实时过程。通过高速相机和光学测量，研究人员追踪了在实验室地震中，LED光传输是如何随着接触点的接触变化而变化的。在地震快速破裂过程中，研究人员观察到大约30%的接触面积在几毫秒内消失，这推动了地震的发生。
在分析了26种不同的模拟地震情境后，研究人员发现破裂速度与断裂能(即“撕裂”或“裂开”材料所需的能量)之间的关系符合线弹性断裂力学的预测。他们的计算机模拟不仅成功再现了实验中的缓慢和快速地震过程，还在破裂速度、应力下降幅度和光透过率等多个维度与预测结果高度吻合。地震周期中接触面积的变化会影响诸如电导率、渗透率和地震波透射率等多种可测物理属性。因此，持续监测这些间接指标，有望揭示断层的行为变化。
这项研究结果揭示了一个长期隐藏的联系：标准地震模型中使用的经验性“状态变量”，其实正对应着断层面之间的实际接触面积。这是自20世纪70年代以来，地震科学领域第一次对这一关键数学变量给出物理解释。
这一发现不仅具有理论意义，更可能为现实世界的地震预测带来突破。未来，监测断层真实接触状态的物理属性可能成为短期预警系统的关键。
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