教育新闻网当长时间由于摩擦而保持在原位的地壳片突然滑落时，地震可能是突然爆发的本垒般的地面屈曲能量。
斯坦福大学地球物理学家埃里克·邓纳姆(Eric Dunham)说：“我们通常会想到断层两侧的板块会移动，变形，形成应力，然后发生爆炸。”
但是在更深的地方，这些岩石块可以平稳地彼此滑动，以指甲生长的速度沿着地壳的裂缝爬行。
断层的下部蠕变部分与上部之间存在边界，该边界可能会被锁定数百年。几十年来，科学家一直困惑于控制边界，其运动及其与大地震之间关系的因素。未知数中最主要的是流体和压力如何沿断层运动，以及如何导致断层滑动。
Dunham及其同事开发的新的基于物理的故障模拟器提供了一些答案。该模型显示了流体如何通过拟合上升并开始逐渐减弱断层。在导致大地震的几十年中，它们似乎将边界或锁定深度推高了一英里或两英里。
迁移群
这项研究于9月24日发表在《自然通讯》上，该研究还表明，随着高压流体脉冲越来越靠近地表，它们会引发地震群-通常在一周左右的时间内聚集在本地的一系列地震。这些地震群的晃动通常很难引起人们的注意，但并非总是如此：例如，在2020年8月加利福尼亚圣安德烈亚斯断层南端附近的一群地震产生了4.6级地震，足以震撼周围的城市。 。
一群地震中的每一次地震都有自己的余震序列，与之相比，一次大的主震随后是许多余震。该论文的资深作者，斯坦福大学地球，能源与环境科学学院(斯坦福地球学院)地球物理学副教授邓纳姆解释说：“地震群通常涉及沿水平或垂直方向沿断层的这些事件的迁移。” 。
模拟器会映射此迁移的工作方式。尽管过去20年中许多先进的地震建模都集中于摩擦在解锁断层中的作用，但这项新工作使用简化的二维断层模型解释了断层带中流体与压力之间的相互作用。垂直穿过地球的整个地壳，类似于加利福尼亚州的圣安德烈亚斯断层。
斯坦福大学地球物理学专业的主要作者朱伟强说：“通过计算建模，我们能够弄清断层行为的某些根本原因。” “我们发现断层周围压力的起伏变化在决定其强度方面可能比摩擦起更大的作用。”
地下阀门
地壳的断层总是充满了流体-大多数是水，但是水的状态模糊了液体和气体之间的区别。其中一些流体起源于地球的腹部并向上迁移。有些来自上方，当降雨渗入或能源开发商将其作为石油，天然气或地热项目的一部分注入流体时。邓纳姆说：“这种流体压力的增加会推向断层壁，使断层更容易滑动。” “或者，如果压力降低，则会产生将壁拉在一起并阻止滑动的吸力。”
几十年来，对断层带出土的岩石的研究表明，在大地震期间和之间，巨大的裂缝，充满矿物质的脉动和其他迹象表明压力会剧烈波动，导致地质学家认为水和其他流体在引发地震和爆炸中起着重要作用。影响最大的地震发生时。邓纳姆说：“岩石本身告诉我们这是一个重要的过程。”
最近，科学家记录了与能量运行有关的流体注入可能导致地震群。例如，地震学家将石油和天然气废水处理井与俄克拉荷马州部分地区的地震急剧增加联系起来，从2009年左右开始。他们发现，地震群在不同环境中沿着断层移动的速度更快或更慢，无论它在火山下面Dunham解释说，这可能是由于流体生产率的巨大差异所致，在地热作业附近或在油气藏内。但是建模尚未解开观察到的模式背后的物理机制网。
邓纳姆(Dunham)和朱(Zhu)的工作建立在断层阀门的概念上，地质学家在1990年代首次提出了这种概念。邓纳姆解释说：“想法是，即使断层流体以稳定，恒定的速率释放或注入，断层流体也会沿着断层间歇地上升。” 在大地震之间的几十至数千年间，矿物沉积和其他化学过程将断层带封闭。
当故障阀关闭时，流体积聚并形成压力，从而削弱故障并迫使其滑动。有时，这种运动太轻微而不会引起地面震动，但足以使岩石破裂并打开阀门，使流体恢复上升。
新的模型首次显示，当这些脉冲沿着断层向上传播时，它们会产生地震群。邓纳姆说：“故障阀的概念以及间歇性地释放流体是一个古老的想法。” “但是在我们的故障阀模拟中，地震群的发生是完全出乎意料的。”
预测及其局限性
该模型对高压流体脉冲沿断层移动的速度，开孔，导致断层滑动并触发某些现象进行了定量预测：锁定深度的变化，在某些情况下，以及断层运动明显地变慢或其他人的小地震群。然后可以针对沿着断层的实际地震活动测试这些预测，换句话说，是在何时何地最终发生小地震或慢动作地震的地方。
例如，一组模拟(其中断层被设定为在三到四个月内封闭并阻止流体运移)模拟了在一年中沿锁定深度围绕断层的滑动略超过一英寸的情况。 ，周期每隔几年重复一次。这种特殊的模拟非常符合在新西兰和日本观察到的所谓的慢滑事件的模式，这表明算法中内置的基本过程和数学关系已经达到目标。同时，随着密封技术的拖延多年，导致锁定深度随着压力脉冲的上升而增加。
锁定深度的变化可以通过GPS对地球表面变形的测量来估算。但邓纳姆说，这项技术并不是地震预报器。他解释说，那将需要对影响断层滑动的过程有更全面的了解，以及有关特定断层的几何形状，应力，岩石成分和流体压力的信息，“在很大程度上，这是不可能的，因为大多数行动发生在地下许多英里处。”
相反，该模型提供了一种理解过程的方式：流体压力的变化如何导致故障滑动;以及 断层的滑动和打滑如何使岩石破裂并使岩石更具渗透性;以及增加的孔隙率如何使流体更容易流动。
将来，这种理解可能有助于评估与向地球注入流体有关的风险。邓纳姆说：“我们从流体流动与摩擦滑动的耦合中汲取的教训适用于自然发生的地震以及油气藏中发生的诱发地震。”
