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        研究人员开发了一个实验室地震模型，将断层表面之间的微观真实接触区域与地震发生的可能性联系起来。 这项突破发表在《美国国家科学院院刊》（Proceedings of the National Academy of Sciences）上，证明了微观摩擦与地震之间的联系，为地震力学和潜在预测提供了新的见解。

         “我们基本上打开了一扇通往地震力学核心的窗户，”Sylvain 说Barbot 是南加州大学 Dornsife 文学、艺术和科学学院地球科学副教授，也是该研究的首席研究员。 “通过观察断层表面之间的实际接触区域在地震周期中如何演变，我们现在可以解释断层中应力的缓慢积累和随之而来的快速破裂。 未来，这可能会带来在早期监测和预测地震成核的新方法。

         几十年来，科学家们已经依靠经验的“速率和状态”摩擦定律来模拟地震——数学描述效果很好，但不能解释潜在的物理机制。 “我们的模型揭示了地震周期期间断层界面实际发生的情况。”

         Barbot 表示，这一发现是一个看似简单的概念：“当两个粗糙的表面相互滑动时，它们只会在覆盖总表面积一小部分的微小、孤立的连接处接触。 这个 “real接触面积“——肉眼看不见，但可以通过光学技术测量——被证明是控制地震行为的关键状态变量。

         实验室地震：实时照明地震

         该研究利用透明的丙烯酸材料，使研究人员能够实时观察地震破裂的展开。 使用高速相机和光学测量，该团队跟踪了 LED 光传输如何随着接触结的形成而变化。生长并在实验室地震中被摧毁。

        “我们实际上可以观察到接触区域随着破裂的传播而演变，”Barbot 说。 “在快速破裂期间，我们看到大约 30% 的接触区域在几毫秒内消失——这种急剧减弱导致了地震。”

         实验室结果揭示了一个以前隐藏的关系：几十年来标准地震模型中使用的经验“状态变量”代表了断层之间的真实接触区域表面。 这一发现首次对自 1970 年代以来一直是地震科学核心的数学概念进行了物理解释。

         从模拟到预测

         研究人员分析了 26 种不同的模拟地震情景，发现破裂速度和断裂能量之间的关系遵循线性弹性断裂力学的预测。 该团队的计算机模拟成功地再现了慢速和快速实验室地震。不仅匹配破裂速度和应力下降，还匹配破裂期间通过故障界面传输的光量。

         由于接触区域在地震周期中发生变化，它们会影响多种可测量特性，包括导电性、水力渗透性和地震波传输。 由于实际接触区域会影响断层带的多个物理特性，因此在地震周期期间对这些代理进行持续监测可以提供新的对故障行为的洞察。

         的影响远远超出了学术理解和实验室实验。 研究表明，监测故障接触的物理状态可以为地震短期系统提供新工具，并有可能利用故障的导电性进行可靠的地震预测。

         “如果我们能够连续监测自然断层的这些特性，我们就可以检测到地震成核的早期阶段，”Barbot解释。 “这可能会带来在地震波辐射之前的早期阶段监测地震成核的新方法。”

         展望未来

         研究人员计划在受控实验室条件之外扩大他们的发现。 Barbot 解释说：该研究的模型为了解断层特性在地震周期中如何演变提供了物理基础。

         “想象一下，我们可以在地震前检测到断层条件的细微变化罢工，“巴博特说。 “这就是这项工作的长期潜力。”

         关于研究

         除了 Barbot 之外，以前在南加州大学和现在加州大学圣地亚哥分校的 Baoning Wu 也撰写了这项研究。

         该研究得到了美国国家科学基金会奖状 EAR-1848192 和全州加州地震中心提案号 22105 的支持。