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地震如何破坏速度限制

类别:印度尼西亚 | 地震科学 | 地震断层和断层

2019年3月8日

地震如此危险的原因之一是它们非常快,非常快。以地震波为例:即使是最慢的常见波,即瑞利波,也以每小时超过7000英里的速度环绕地球。最快的p波以每小时18000英里的速度穿过地球内部——大致与国际空间站上环绕地球的宇航员的速度相同。速度也是地震焦点或震源本身的本质。岩石在那里断裂的速度比超音速飞机的速度还要快。

与普遍的信念相比,地震不仅仅是它们总是在地图上描绘的简单点。这些点 - 称为震中 - 单独指示地球表面上的点,在该地震破裂过程起源于此。这个位置通常在地下几英里。取决于地震的幅度,这种破裂可能是数十个,如果不是数百英里的长度。对于一个小的调制器,5的破裂通常仅延伸到几英里。在1906年的旧金山地震的幅度7.9期间,Sandraeas Fault在圣克鲁斯东部和Humboldt County的州蒙科多诺州的北端,距离近300英里的距离。在有史以来的最强烈的Quakes之一,2004年的大量苏门答腊地震,破裂延长了750多英里 - 几乎是加州的长度。

具有颜色编码的矩形的科学图,以蓝色到红颜色刻度

图1:这条穿过地壳顶部16英里的垂直切线显示了巴鲁地震期间地面移动了多少。横轴代表的是帕鲁-克罗断层的南北延伸约100英里,该断层在地震中破裂。绿色区域表示没有滑动,而深棕色区域表示最大滑动超过15英尺。这是在标记为A、B和C的区域下面,在这里,断层正好穿过帕鲁市。在这些区域,地震的破裂可能已经超过了理论上的“速度极限”。资料来源:Socquet等人,《自然地球科学》

在Quake期间,故障并没有一次性破坏。相反,从低旋转器开始,在故障的相对侧面的岩石上的岩石之间的键之间的实际破裂沿着故障线迅速传播。这个过程类似于打开拉链,这也不会立即弹出所有。相反,开口沿着互锁齿的线传播。在拉链紧固件的情况下,这种传播速度取决于操作员拉动滑块的力。在地震中,这种称为破裂速度由所涉及的岩石的物理参数控制。通常,地震破裂比地震波行驶的速度略微慢,但仍然令人印象深刻的速度大约在干燥空气中声音速度大约十倍。在这样的速度下,它将花费超过一分钟为1906年旧金山地震的破裂,从其北北蒙科科诺州的黄金大门从金门出发。

很长一段时间以来,地震学家认为破裂速度有一个理论上的极限。尽管一些实验室在高压下的测量和实际地震期间的少量观测表明速度更高,但瑞利波的速度被认为是任何破裂传播的速度极限。这意味着最大速度约为每秒2英里或每小时7200英里。但现在越来越多的证据表明,地震确实可以打破这个假定的速度极限。

两个研究小组各自独立地发现,在9月底摧毁了印度尼西亚苏拉威西岛的巴鲁市的7.5级地震中去年,破裂繁殖比思想更快。利用加利福尼亚大学洛杉矶和同事的韩宝汉宝计算了近三英里的破裂速度。使用卫星观察法国研究人员由Anne Socquet从格勒诺布尔大学达到类似的结论。

这是怎么发生的?目前,有两种初步的解释。其中一个原因是,帕鲁-科罗断层(Palu-Koro Fault)是极其笔直的。帕鲁-科罗断层南北向穿过人口密集的城市,人口超过30万,在地震中断裂了约100英里。它没有弯曲或小的跳跃。因此,就像一辆汽车在笔直的高速公路上比在弯曲的高速公路上行驶得快得多一样,沿着非常笔直的断层线,断裂的速度可能会加快。高速地震破裂的另一个可能原因可能与沿断层直线部分的摩擦有关。摩擦,或快速运动的阻力,似乎已经相当低,因此在破裂传播过程中,有较少的初始构造能量损失。

有因果关系的观察者可能会正确地问,为什么地震裂缝在乡村蔓延的速度如此之快如此重要。确定地震是否超过速度限制不是纯粹的学术兴趣吗?嗯,不完全是,就像与现实世界的车祸比较所显示的那样。如果一辆汽车以低速(比如每小时10英里)撞到墙上,汽车可能只受到表面的损坏。另一方面,以每小时50英里的速度发生类似的事故可能会造成致命的后果,汽车可能会彻底报废。同样,快速地震具有更强的冲击力,因此有更多的能量对建筑物和基础设施造成破坏。此外,地震破裂传播得越快,用于地震早期预警的时间就越少——在这一领域,每一秒都很重要,可以挽救生命。(hra163)

这两项研究最近发表在“自然地球科学”中。宝的团队在DOI:10.1038 / S41561-018-0297Socquet的团队DOI:10.1038 / S41561-018-0296