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科学家发现地震断层可在数小时内自我修复
发布日期:2025-11-20 03:06:24  稿源:cnBeta.COM

美国加州大学戴维斯分校的科学家们发现,深部地震断层在发生慢滑事件后,可以像“速干胶”一样在数小时内自我修复。通过在实验室中重现高压高温的地下环境,研究人员发现,石英颗粒能够非常迅速地重新焊接在一起,断层强度恢复的速度远比此前认为的要快。

根据加州大学戴维斯分校发布的新研究,远在地表之下的地震断层在发生地震活动后可以重新连接。这一发现为科学家解读有可能产生强震的断层活动加入了一个重要的新因素。

“我们发现深部断层可以在数小时内自我修复,”论文通讯作者、加州大学戴维斯分校地球与行星科学系教授Amanda Thomas表示,“这促使我们重新评估断层的流变行为,以及我们是否忽视了某些非常重要的因素。”

Thomas与同事James Watkins教授等人研究了慢滑事件(SSEs)——这类地震活动的发生过程比传统地震要慢得多。

典型的地震是由于地球板块数百年甚至数千年积累的应力突然释放,仅在几秒钟内带来剧烈震动。

大约在2002年,科学家们又认识到另一类地震活动不同于典型地震。慢滑事件发生时,几个月到数年积累的应变通过很小的、仅几厘米的移动分阶段释放,持续时间长达数天、数周甚至数月。

研究人员进一步分析了位于美国西北太平洋的喀斯喀特俯冲带地震记录,该地胡安·德·富卡板块正俯冲到北美板块之下。这里的慢滑事件不像普通地震那样按规律发生。断层的某些分段能在数小时或数天后再次滑动,说明断层已经部分修复,并且意外地迅速重新积蓄了应力。

Thomas介绍,小范围的潮汐作用可以显示出断层重新加载的速度。太阳和月亮的引力如同制造海洋潮汐一样,对地壳造成拉力。同时,海水重量的变化也会对下方岩石施加压力。

但目前还不完全清楚,断层为何能在如此短的时间内恢复大量强度。

Watkins是一名地球化学家,专攻高温高压下矿物的行为。他的实验室配有可以模拟深地壳甚至火山下环境的设备。

Watkins和Thomas设计了实验:将石英粉末装入银质圆柱体,用高压焊死,并在高达1 GPA(约一万倍大气压)、500℃条件下加热。

“我们是在模拟慢滑事件后会发生什么,”Watkins说,“我们让它经历高温高压后观察结果。”

他们测试了声波在加热样品中的传播速度,然后打开圆柱体,利用电子显微镜观察其结构。

实验结果显示,矿物颗粒已经焊接在一起。

“就像快速固化的断层胶水,”Thomas说,“速度非常快,而且可以获得明显的强度恢复。”

岩石重新黏合(断层自我修复)的能力或许在其他环境中同样重要,包括较浅层的断层和已知会引发重大地震的断层。

“黏结力在大多数模型中被忽略了,”Thomas说,“在某些条件下,黏结力可能比我们想象得更为重要。”

Thomas和Watkins最近获得一个美国国家科学基金会的新项目资助,将进一步研究地震断层的黏结力。

“这将微观层面的变化和数百公里尺度的大型冲断地震联系在一起,”Watkins说。

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