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可視化模型為地震預警開辟新路徑

2025/6/19 11:15:36    來源：新華社

　　美國研究人員近日在美國《國家科學院學報》上發表論文稱，通過構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，從而揭示板塊構造應力緩慢積累與地震快速破裂背后的物理機制。研究結果有望為地震預測和預警開辟新路徑。

　　美國南加州大學的研究人員介紹說，當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、但可通過光學方法測量的實際接觸面積，正是控制地震行為的關鍵狀態變量。

　　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消失，這推動了地震的發生。

　　在分析了26種不同的模擬地震情境后，研究人員發現破裂速度與斷裂能（即“撕裂”或“裂開”材料所需的能量）之間的關系符合線彈性斷裂力學的預測。他們的計算機模擬不僅成功再現了實驗中的緩慢和快速地震過程，還在破裂速度、應力下降幅度和光透過率等多個維度與預測結果高度吻合。地震周期中接觸面積的變化會影響諸如電導率、滲透率和地震波透射率等多種可測物理屬性。因此，持續監測這些間接指標，有望揭示斷層的行為變化。

　　這項研究結果揭示了一個長期隱藏的聯系：標準地震模型中使用的經驗性“狀態變量”，其實正對應著斷層面之間的實際接觸面積。這是自20世紀70年代以來，地震科學領域第一次對這一關鍵數學變量給出物理解釋。

　　這一發現不僅具有理論意義，更可能為現實世界的地震預測帶來突破。未來，監測斷層真實接觸狀態的物理屬性可能成為短期預警系統的關鍵。

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