京大研究團隊首次觀測斷層近處強震「頭打效應」

北京大學的研究團隊在分析斷層線附近強震數據時，發現了一種前所未知的地震現象——當構造成塊之間的斷層運動突然停止時，會產生一種類似「地殼頭打」的效應。這一發現源於研究人員在地震數據中觀測到的負相位波形，這是一種在已知塊體活動中未曾預料到的異常模式。研究發現，斷層線附近的地面在地震中並非單向移動，而是會出現複雜現象——先向一個方向移動，然後短暫地向反方向猛烈回彈。

這種現象類似汽車剎車時，車身先慣性前傾，隨後被座椅安全帶系統拉回而向後彈回，將乘客推向座椅靠背的形狀。 該研究的首位作者埃里克斯·吉爾斯表示，這項研究源於一個更廣泛的努力，旨在更好地理解近斷層地震記錄，並根據地震源過程對其進行解釋。

滑移斷層的獨特挑戰

這些負相位波形可能與地震對地表的破壞程度有關，特別是在大規模滑移斷層地震中，因為研究人員指出，對建築物等結構進行防護設計以抵禦這種反向運動尤其困難。滑移斷層是垂直或近垂直的斷裂面，其兩側岩塊主要沿水平方向移動。在環太平洋火山帶——這裡產生了全球約 90% 的地震——沿聖安德烈亞斯斷層和夏威夷女皇斷層等邊界的非火山性構造成塊「研磨」或碰撞作用，能夠引發相應規模的滑移地震。

研究團隊將觀測到的地表運動與模型預測相結合，將地震速度與衛星數據配對，然後模擬了如果存在某種障礙物突然停止運動時，這種大規模滑移地震會如何發生。透過這種方法，他們發現負相位波確實與塊體運動達到極限並停止的地表運動相關。 研究人員還發現，強烈的「停止相位信號」在地震突然停止和慣性停止之間存在差異，這為理解這種運動的物理機制如何影響地表運動開闢了新途徑。團隊解釋稱，停止相位「產生長時間的、類似頭打的地表運動」，這給工程師帶來了獨特的挑戰。

就如汽車剎車一樣，地震停止得越快，產生的向後頭打效應就越強。 研究團隊在論文中寫道：「我們展示了來自大規模滑移地震的系統性近場地表運動停止相位觀測。對全球 12 次地震事件的分析表明，斷層水平方向地表位的瞬態複雜是斷裂突然終止的可預測特徵。」研究人員現正計劃擴大研究範圍，考察全球大規模地震的發生條件，以更好地理解地震在停止階段的行為特徵。對於滑移斷層引發的地震而言，震級規模至關重要，而它們的停止特徵可以幫助我們更好地防範其影響。

這項研究已發表在《科學》雜誌上。