科學(xué)家首次觀測到大型地震的"鞭打效應(yīng)"

京都大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)在分析斷層線附近的強(qiáng)震數(shù)據(jù)時(shí)，發(fā)現(xiàn)了一種前所未知的地震現(xiàn)象——當(dāng)構(gòu)造板塊之間的斷層運(yùn)動(dòng)突然停止時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一種類似"地質(zhì)鞭打"的效應(yīng)。這一發(fā)現(xiàn)源于研究人員在地震數(shù)據(jù)中觀察到的負(fù)相位波形，這是一種在已知板塊活動(dòng)中從未預(yù)料到的異常模式。

研究發(fā)現(xiàn)，斷層線附近的地面在地震中并非僅僅單向移動(dòng)，而是會(huì)出現(xiàn)超調(diào)現(xiàn)象——先向一個(gè)方向移動(dòng)，然后短暫地向反方向急劇回彈。這種現(xiàn)象類似于汽車緊急剎車時(shí)，車身先因慣性前傾，隨后因懸掛系統(tǒng)作用而向后彈回，將乘客推向座椅靠背的情形。該研究的第一作者杰西·基爾斯表示，這項(xiàng)研究源于一個(gè)更廣泛的努力，旨在更好地理解近斷層地震記錄，并根據(jù)地震源過程對(duì)其進(jìn)行解釋。

這些負(fù)相位波形可能與地震對(duì)地表的破壞程度有關(guān)，尤其是在大型走滑斷層地震中，因?yàn)檠芯咳藛T指出，對(duì)建筑物等結(jié)構(gòu)進(jìn)行防護(hù)設(shè)計(jì)以抵御這種反向運(yùn)動(dòng)尤其困難。走滑斷層是垂直或近垂直的斷裂面，其兩側(cè)巖塊主要沿水平方向移動(dòng)。在環(huán)太平洋火山帶——這里產(chǎn)生了全球約90%的地震——沿著圣安德烈亞斯斷層和夏洛特女王斷層等邊界的非火山性構(gòu)造板塊"研磨"或俯沖作用，可能導(dǎo)致相當(dāng)規(guī)模的走滑地震。

研究團(tuán)隊(duì)將觀測到的地面運(yùn)動(dòng)與模型預(yù)測相結(jié)合，將地震加速度與衛(wèi)星數(shù)據(jù)配對(duì)，然后模擬了如果存在某種障礙物突然停止運(yùn)動(dòng)時(shí)，這種大型走滑地震會(huì)如何發(fā)生。通過這種方法，他們發(fā)現(xiàn)負(fù)相位波實(shí)際上與板塊運(yùn)動(dòng)到達(dá)邊界并停止地面運(yùn)動(dòng)有關(guān)。

研究人員還發(fā)現(xiàn)，強(qiáng)烈的"停止相位信號(hào)"在地震突然停止和緩慢停止之間存在差異，這為理解這種運(yùn)動(dòng)的物理機(jī)制如何影響地表之上的運(yùn)動(dòng)開辟了新途徑。團(tuán)隊(duì)解釋說，停止相位"產(chǎn)生長時(shí)間的、類似鞭打的地面運(yùn)動(dòng)"，這給工程師帶來了獨(dú)特的挑戰(zhàn)。就像汽車剎車一樣，地震停止得越快，產(chǎn)生的向后鞭打效應(yīng)就越強(qiáng)。

研究團(tuán)隊(duì)在論文中寫道:"我們展示了來自大型走滑地震的系統(tǒng)性近場地面運(yùn)動(dòng)停止相位觀測。對(duì)全球12次地震事件的分析表明，斷層平行方向地表位移的瞬態(tài)超調(diào)是斷裂傳播突然終止的可靠診斷特征。"研究人員現(xiàn)在計(jì)劃擴(kuò)大研究范圍，考察全球大型地震的發(fā)生情況，以更好地了解地震在停止階段的行為特征。對(duì)于走滑斷層引起的地震而言，震級(jí)規(guī)模至關(guān)重要，而它們的停止特征可以幫助我們更好地防范其影響。這項(xiàng)研究已發(fā)表在《科學(xué)》雜志上。