普罗维登斯，罗德岛[布朗大学]——通过仔细观察地震发源地岩石的几何结构，布朗大学的研究人员对长期以来人们对地震起因的看法有了新的认识。
这项发表在《自然》杂志上的研究揭示了断层网络排列的方式在决定地震发生的地点和强度方面起着关键作用。这些发现挑战了更传统的观念，即主要是这些断层上发生的摩擦类型决定了地震是否发生，它们可以改善目前对地震如何发生的理解。
“我们的论文描绘了一幅关于地震发生原因的非常不同的画面，”布朗大学的地球物理学家维克多·蔡(Victor Tsai)说，他是论文的主要作者之一。“这对于预测哪里会发生地震，哪里不会发生地震，以及预测哪里会发生最具破坏性的地震，都具有非常重要的意义。”
断层线是地球表面可见的边界，在那里构成地球岩石圈的刚性板块相互摩擦。蔡说，几十年来，地球物理学家解释说，地震发生时，断层上的应力积累到一个点，在这个点上，断层迅速滑动或相互突破，释放被压抑的压力，这种行为被称为粘滑行为。
研究人员推测，快速滑动和随之而来的强烈地面运动是断层上可能发生的不稳定摩擦的结果。相反，当摩擦力稳定时，板块之间就会缓慢地相互滑动，而不会发生地震。这种平稳的运动也被称为蠕变。
“人们一直在试图测量这些摩擦特性，比如断层带是否有不稳定的摩擦或稳定的摩擦，然后，根据实验室的测量，他们试图预测那里是否会发生地震，”蔡说。“我们的研究结果表明，研究这些断层网络中断层的几何形状可能更有意义，因为可能是这些边界周围结构的复杂几何形状造成了这种不稳定与稳定的行为。”
要考虑的几何结构包括下伏岩石结构的复杂性，如弯曲、间隙和台阶。这项研究基于数学模型，并利用美国地质调查局第四纪断层数据库和加州地质调查局的数据研究了加州的断层带。
研究小组还包括布朗大学的研究生Jaeseok Lee和布朗大学的地球物理学家Greg Hirth，他们提供了一个更详细的例子来说明地震是如何发生的。他们说要把彼此摩擦的断层描绘成锯齿状的牙齿，就像锯子的边缘一样。当牙齿较少或牙齿不那么锋利时，岩石就会更平稳地滑过彼此，从而产生蠕变。但当这些断层中的岩石结构更加复杂和参差不齐时，这些结构就会相互缠在一起，卡住。当这种情况发生时，它们就会产生压力，最终随着它们越来越用力地拉和推，它们就会破裂，相互抽离，导致地震。
这项新研究建立在之前的研究基础上，研究了为什么与世界不同地区的其他地震相比，有些地震产生的地面运动更多，有时甚至是震级相似的地震。研究表明，当地震发生时，断层带内的板块碰撞对高频振动的产生有重要作用，并引发了一种观点，即也许地表下的几何复杂性也在地震发生的地点和原因上起着作用。
研究人员分析了来自加利福尼亚断层的数据，其中包括著名的圣安德烈亚斯断层，他们发现，地下几何结构复杂的断裂带，意味着那里的结构没有那么对齐，结果比几何结构不那么复杂的断裂带有更强的地面运动。这也意味着其中一些地区会有更强烈的地震，另一些地区会有更弱的地震，还有一些地区不会有地震。
研究人员根据他们分析的断层的平均偏差来确定这一点。这个错位率衡量的是某一地区的断层排列的紧密程度，所有断层都向同一个方向移动，而不是向许多不同的方向移动。分析表明，断层错动较多的断裂带会以地震的形式引起粘滑事件。断裂带中，断层的几何形状更整齐，有利于平稳的断层蠕动，没有地震。
“了解断层作为一个系统的行为方式，对于理解地震发生的原因和方式至关重要，”领导这项工作的研究生李说。“我们的研究表明，断层网络几何形状的复杂性是关键因素，它在独立观测集之间建立了有意义的联系，并将它们整合到一个新的框架中。”
研究人员说，要完全验证这个模型，还需要做更多的工作，但这一初步工作表明，这个想法是有希望的，特别是因为断层的对准或不对准比断层的摩擦特性更容易测量。如果有效，这项工作有一天可以被编织到地震预测模型中。
研究人员开始概述如何在这项研究的基础上进一步发展，目前距离这一目标还很遥远。
“接下来最明显的事情是尝试超越加州，看看这种模式如何维持下去，”蔡崇信说。“这可能是一种了解地震发生方式的新方法。”
