2019 年 7 月 4 日凌晨，一场 6.4 级地震震撼了加利福尼亚州莫哈韦沙漠的瑟尔斯谷，导致整个南加州都有震感。大约 34 小时后，7 月 5 日，邻近城市里奇奎斯特发生了 7.1 级地震。晃动非常剧烈，整个加利福尼亚州以及亚利桑那州、内华达州和墨西哥下加利福尼亚州等附近地区的数百万人都感受到了震感。

这些地震统称为里奇克雷斯特地震，是二十多年来影响加州的最强烈地震。地震造成了大范围的结构性破坏、停电和人员伤亡。发生在苏尔斯谷的 6.4 级地震后来被归类为里奇克雷斯特 M7.1 级地震的前震。

研究人员对地震活动的顺序感到困惑。为什么前震触发主震需要 34 个小时？这些地震是如何从地质断层系统的一段"跳"到另一段的？地震之间能否在动态意义上"对话"？

为了解决这些问题，加州大学圣地亚哥分校斯克里普斯海洋学研究所和慕尼黑路德维希-马克西米利安大学（LMU）的地震学家团队领导了一项新的研究，重点研究发生在多断层系统上的两次大地震之间的关系。研究小组利用一台功能强大的超级计算机，结合数据和物理模型，确定了地震之间的联系。

斯克里普斯海洋学地震学家爱丽丝-加布里埃尔（Alice Gabriel）曾在卢塞恩大学工作过，她与卢塞恩大学的前博士生陶菲克-陶菲克拉赫曼（Taufiq Taufiqurrahman）以及几位合著者共同领导了这项研究。他们的研究成果最近发表在《自然》杂志上。

"加布里埃尔现任斯克里普斯海洋学研究所地球物理学和行星物理学副教授。"高性能计算使我们能够了解这些大型事件的驱动因素，这有助于为地震灾害评估和防备提供信息。"

加布里埃尔说，了解多断层破裂的动态非常重要，因为这类地震通常比发生在单一断层上的地震威力更大。例如，2023 年 2 月 6 日发生的土耳其-叙利亚双重地震造成了重大人员伤亡和广泛破坏。这次地震的特点是，两次地震相隔仅 9 个小时，且均跨越多个断层。

2019 年的里奇克雷斯特地震发源于东加州剪切带，沿走向滑动断层系统发生，每个断层的两侧主要沿水平方向移动，没有垂直运动。地震序列在交错的、以前未知的"反向"断层（与主断层成高角度（接近 90 度）运动的次要断层）上层叠发生。地震学界一直在争论哪些断层段会发生主动滑动，以及哪些条件会促进级联地震的发生。

新研究首次提出了将地震图、构造数据、实地测绘、卫星数据和其他天基大地测量数据集与地震物理学相统一的多断层模型，而以往有关这类地震的模型都是纯粹由数据驱动的。

陶菲克拉赫曼说："通过数据注入建模的视角，并借助超级计算机的能力，我们揭示了多断层共轭地震的复杂性，揭示了支配级联破裂动力学的物理学原理。"

研究人员利用德国莱布尼兹超级计算中心（LRZ）的超级计算机 SuperMUC-NG，揭示了 Searles Valley 地震和 Ridgecrest 地震确实是相互关联的。在复杂的断层几何结构和低动态摩擦力的驱动下，地震在静态强但动态弱的断层系统中相互作用。

研究小组的三维断裂模拟说明了地震前被认为是坚固的断层是如何在地震快速运动时变得非常脆弱的，并解释了多个断层是如何一起断裂的。

"当断层系统发生破裂时，我们会看到意想不到的相互作用。例如，地震级联，它可以从一个区段跳到另一个区段，或者一次地震导致下一次地震采取不寻常的路径。"加布里埃尔说："地震的规模可能比我们预想的要大得多。要在地震灾害评估中考虑到这一点具有挑战性"。

根据作者的说法，他们的模型有可能对地震学领域产生"变革性影响"，改进对活跃的多断层系统的地震危害评估，而这种评估往往被低估。

加布里埃尔说："我们的研究结果表明，类似的模型可以将更多的物理学知识纳入地震灾害评估和防备工作中。在超级计算机和物理学的帮助下，我们解开了可以说是最详细的复杂地震破裂模式数据集。"