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关于地震裂缝的谜团

类别:地震断层和断层

2017年5月4日

这是围绕地震的一大神话:在一次强烈的地震中,一个巨大的裂缝会裂开,吞噬一切,从人到动物,甚至房屋。有时这些裂缝据说有好几英里长。我们北加州人欧宝娱乐地址要为这个流言负部分责任,因为根据我们的地震知识,在1906年旧金山大地震中,珍贵的奶牛玛蒂尔达在雷斯岬附近的奥莱马农场消失了,因为地震产生了裂缝。好莱坞对这种鸿沟一直非常坚定,最近的一部完全不现实的惊悚片《末日崩塌》(San Andreas)(见图1)就是一例。

图1:没有比这更不现实的了:在电影《末日崩塌》中,断层变成了一个巨大的裂缝。(来源:华纳兄弟影业,来自电影预告片)

与电影导演在他们的幻想世界中不同的是,真正的野外地质学家从来没有能够在地震后找到任何这样的裂缝——除了在地震导致斜坡附近的地面塌陷的地区。然而,这些裂缝很小,被认为只是地震的次生影响,类似于滑坡顶部地面上出现的裂缝。帕萨迪纳和巴黎的研究人员现在报告说,裂缝张开可能根本不是一个神话。在实验室实验和数值模拟中,他们能够表明某些地震可以产生这样的裂缝,尽管它们只存在很短的时间。

毫无疑问,强烈的地震会引起地球表面的大量运动。在1906年的地震中,地面移动了18英尺。1999年在台湾发生的所谓集集地震造成了高达45英尺的地面偏移和M=9日本东北大地震2011年3月,这场地震震动了日本,使本州岛附近的海底跃起了150英尺。然而,这些快速的移动都没有产生裂缝。这一观察有一些强有力的理论基础。在地震中,断层的两翼相互碰撞并滑动而不分离。断层周围的岩石对断层面施加的压力非常大,防止了这种分离。

实验室实验是在帕萨迪纳加州理工学院地震实验室和研究生航空航天实验室联合运营的设施中进行的。在那里,地震破裂被模拟在一个立方体的塑料材料,类似于地壳的物理条件。在他们的研究中,研究人员模拟了逆冲地震,即断层的一个侧面相对于另一个侧面的重力向上翘起。大多数最强的地震都属于这种类型。模拟的地震被高速摄像机记录下来,产生的运动被基于激光的独特地震仪捕获。

这些实验的结果令人吃惊。起初,破裂像预期的那样向地球表面传播。然而,就在它快要到达山顶的时候,两翼就分开了,时间很短。这种分离产生了一个裂缝,然后很快又闭合了,导致了预计会发生的典型的冲断地震。图2显示了这个移动的动画。随后,巴黎École Normale Supérieure的研究人员通过数值计算证实了实验室的观察结果。

研究人员如何解释这些意想不到的裂缝的开口和闭合?当破裂接近地球表面时,周围岩石的压力下降。因此,向上移动的侧翼开始弯曲一点。由此产生的扭矩使两翼在短时间内分离。一旦扭矩能量消耗完,缝隙就会再次闭合。这两个研究小组刚刚在英国杂志上联合发表了他们的研究结果“自然”(doi: 10.1038 / nature22045)。一个基本问题仍然存在。这些裂缝在真正的地震中可能永远无法观测到,因为一场推力地震的强度足以产生裂缝,也可能足以摧毁任何靠近它们的测量工具。(hra140)

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图2:至少在非常短的时间内产生裂缝的破裂模拟动画。(资料来源:加州理工学院哈沙·巴特)