研究人员对破坏性的地震振动提出了新的解释

普罗维登斯，R.I.(布朗大学)——地震产生的地震波的频率范围很广，从使摩天大楼摇摆的长时间滚动运动，到对房屋和其他小型建筑物造成巨大损害的不稳定的高频振动。布朗大学的两位地球物理学家对这些高频振动是如何产生的有了新的解释。

在《地球物理研究快报》上发表的一篇论文中，布朗大学的教授Victor Tsai和Greg Hirth提出，当地震发生时，断层内部的岩石碰撞是高频振动的主要来源。研究人员说，这是一个与传统解释非常不同的解释，它可能有助于解释一些地震形成的令人困惑的地震模式。它还可以帮助科学家预测哪些断层可能产生更具破坏性的地震。

“我们通常认为地震是压力建立故障,直到它最终失败,双方相互滑动,滑动仅是什么导致了我们观察到的所有地面运动,”蔡说,布朗副教授的地球,环境和行星科学。“这篇论文的目的是评估除了滑动之外是否还有其他的东西。最基本的问题是:如果在断层滑动时，有物体在内部碰撞，会产生什么物理现象?”

从描述山体滑坡和其他泥石流过程中岩石碰撞的数学模型中，Tsai和Hirth开发了一个预测断层带中岩石碰撞潜在影响的模型。该模型表明，碰撞可能确实是高频振动的主要驱动因素。研究人员说，将碰撞模型与更传统的摩擦滑动模型相结合，可以为地震观测提供合理的解释，而这些解释并不完全符合传统模型。

例如，组合模型有助于解释重复地震——在断层的同一位置发生的地震，其地震波形式几乎相同。这些地震的奇怪之处在于，它们的震级往往非常不同，但仍然产生几乎相同的地面运动。研究人员说，这很难单独用滑动来解释，但在添加了碰撞模型的情况下更有意义。

“如果在同一断裂带发生两次地震，是相同的岩石撞击在一起——或者至少基本上是相同大小的岩石，”蔡说。“所以，如果碰撞产生了这些高频振动，那么不管发生了多少滑动，在这些频率上你都会得到相同的地面运动，这并不奇怪。”

碰撞模型也可以帮助解释为什么在更成熟的断层上发生的地震——那些在很长一段时间内发生过多次地震的断层——与在更不成熟断层上发生的相同震级的地震相比，造成的破坏更小。随着时间的推移，重复的地震会磨碎断层中的岩石，使断层变得更平滑。碰撞模型预测，更平滑的断层与更少的锯齿状岩石碰撞将产生更弱的高频振动。

Tsai说需要做更多的工作来完全验证这个模型，但是这个初步的工作表明这个想法是有前途的。如果该模型确实被证明是有效的，它将有助于对哪些断层可能产生或多或少的破坏性地震进行分类。

他说:“人们已经观察到，某些特定类型的断层似乎比其他断层产生更多或更少的高频运动，但不清楚为什么断层会属于这一类或那一类。”“我们提供的是一个潜在的框架来理解它，我们可能会把它推广到世界上所有的断层。具有圆形内部结构的平滑断层通常会产生较少的高频运动，而较为粗糙的断层则倾向于产生更多的高频运动。”

这项研究还表明，一些关于地震如何发生的长期观点可能需要修正。

“从某种意义上说，这可能意味着我们对地震某些方面的了解比我们想象的要少，”蔡说。“如果断层滑动不是全部，那么我们需要更好地了解断层带结构。”

该研究得到了美国国家科学基金会(EAR-1453263, EAR-1939227)的支持。