新研究中探索的分段跳跃脊冠地震

加利福尼亚州莫哈韦沙漠的塞尔斯山谷发生 4.34 级地震，整个南加州都受到了影响。大约5小时后的7月1日，附近的里奇克莱斯特市遭受了<>.<>级地震的袭击，加利福尼亚州以及亚利桑那州，内华达州甚至墨西哥下加利福尼亚州的邻近社区的数百万人都感受到了震动。

这些地震事件被称为里奇克莱斯特地震 - 20多年来袭击加利福尼亚的最大地震 - 这些地震事件导致了广泛的结构破坏，停电和伤害。塞尔斯谷的M6.4事件后来被认为是里奇克莱斯特M7.1事件的前震，现在被认为是主震。两次地震之后都发生了多次余震。

研究人员对地震活动的顺序感到困惑。为什么前震需要34小时才能触发主震?这些地震是如何从地质断层系统的一个部分“跳”到另一个部分的?地震能否在动态意义上相互“交谈”?

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，重点是沿着多断层系统发生的两次大地震之间的关系。该团队使用一台功能强大的超级计算机，该计算机结合了数据注入和基于物理的模型来识别地震之间的联系。

曾在LMU工作的斯克里普斯海洋学地震学家爱丽丝·加布里埃尔(Alice Gabriel)领导了这项研究。研究结果于24月8日发表在《自然》在线杂志上，并将在<>月<>日的印刷版上发表。

“我们使用了可用的最大的计算机，也许是最先进的算法来试图理解2019年在加利福尼亚发生的一系列非常令人费解的地震，”加布里埃尔说，他目前是斯克里普斯海洋学地球物理和行星物理研究所的副教授。“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准备提供信息。

加布里埃尔说，了解多断层破裂的动力学很重要，因为这些类型的地震通常比单个断层上的地震更强大。例如，6年2023月<>日发生的土耳其-叙利亚地震造成重大人员伤亡和广泛破坏。这一事件的特点是两次独立的地震，相隔仅九小时，两次地震都跨越了多个断层。

在2019年Ridgecrest地震中，该地震起源于东加州剪切带，沿着走滑断层系统，每个断层的两侧主要沿水平方向移动，没有垂直运动。地震序列级联穿过交错的和以前未知的“对立”断层，这些断层以高(接近90度)的角度与主断层成高(接近<>度)角度移动。在地震学界，关于哪些断层段积极滑动，以及哪些条件促进级联地震的发生，仍然存在着持续的争论。

这项新研究提出了第一个多断层模型，该模型将地震图，构造数据，野外测绘，卫星数据和其他基于地震的大地测量数据集与地震物理学统一起来，而以前关于此类地震的模型纯粹是数据驱动的。

“通过数据注入建模的镜头，在超级计算能力的增强下，我们解开了多断层共轭地震的复杂性，揭示了控制级联破裂动力学的物理学，”Taufiqurrahman说。

利用德国莱布尼茨超级计算中心(LRZ)的超级计算机SuperMUC-NG，研究人员发现塞尔斯谷和里奇克雷斯特事件确实是相互关联的。地震在由复杂断层几何形状和低动态摩擦驱动的静态强但动态弱的断层系统中相互作用。

该团队的3D断裂模拟说明了地震前被认为很强的断层如何在地震快速运动后立即变得非常弱，并解释了多个断层如何一起破裂的动力学。

“当故障系统破裂时，我们会看到意想不到的相互作用。例如，地震级联，可以从一段跳到另一段，或者一次地震导致下一次地震走不寻常的路径。地震可能会变得比我们预期的要大得多，“加布里埃尔说。“这是在地震危险评估中建立起来具有挑战性的事情。

根据作者的说法，他们的模型有可能通过改进对经常被低估的活跃多断层系统中地震危害的评估，对地震学领域产生“变革性影响”。

“我们的研究结果表明，类似的模型可以将更多的物理学纳入地震灾害评估和准备中，”加布里埃尔说。“在超级计算机和物理学的帮助下，我们已经解开了可以说是复杂地震破裂模式的最详细的数据集。

该研究得到了欧盟地平线2020研究与创新计划，地平线欧洲，国家科学基金会，德国研究基金会和南加州地震中心的支持。

除了Gabriel和Taufiqurrahman之外，该研究还由德国慕尼黑路德维希马克西米利安大学的Duo Li，Thomas Ulrich，Bo Li和Sara Carena共同撰写;亚历山德罗·韦尔德基亚与加拿大蒙特利尔麦吉尔大学和德国波鸿鲁尔大学;和捷克布拉格查理大学的弗兰蒂塞克·加洛维奇。