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實驗室模型指向地震監測新路徑

2025年06月13日 15:56:24 來源:化工儀器網 作者:羊舌木 點擊量:8048

近日,美國南加州大學研究人員在《國家科學院院刊》發表突破性成果:通過開發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變化與地震發生概率直接關聯,為理解地震機制提供了全新的物理框架。

  近日,美國南加州大學研究人員在《國家科學院院刊》發表突破性成果:通過開發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變化與地震發生概率直接關聯,為理解地震機制提供了全新的物理框架。這一發現不僅填補了經典摩擦定律與實際地震行為之間的理論空白,更指向了地震預測技術的潛在革新方向。
 
  傳統地震研究長期依賴“速率與狀態”摩擦定律模擬地震,該定律通過數學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模型,將斷層間實際接觸面積作為核心狀態變量,成功解釋了地震周期中應力積累與快速破裂的動態過程。
 
  美國南加州大學的Sylvain Barbot指出:“我們首次通過實驗觀測到,地震的觸發與斷層接觸面積的劇烈弱化直接相關——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動地震的關鍵。”
 
  研究發現,接觸面積的變化會顯著影響斷層的電導率、水力滲透性及地震波傳播特性。Barbot團隊提出,持續監測這些代理參數,或為地震短期預警提供全新工具。“若如果我們能夠在自然斷層上持續監測這些特性,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測震源孕育過程的新方法。”
 
  盡管當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雜過程,如接觸質量變化、摩擦熔化等,需進一步結合現場觀測驗證。Barbot表示:“隨著對斷層摩擦物理機制的深入理解,主動監測技術有望成為減輕地震災害的重要手段。”
 
  該研究不僅重構了地震力學的基礎理論框架,更指向了從微觀接觸力學到宏觀災害預測的跨尺度研究路徑。未來,結合地球物理觀測網絡與實驗室模型的迭代優化,或為地震預測帶來革命性突破。
 
  (資料參考來源:中國科學報)
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