厨房水槽中的断层线如何改变我们对地质学的了解

在最近发表在《地质学》杂志上的一篇新论文中，马萨诸塞大学阿默斯特分校的研究人员公布了一种物理模型，该模型可以对断层的滑动率进行前所未有的高分辨率观察，从而确定地震的可能性。

当我们大多数人想象断层线时，我们会想象地球上有一个巨大的裂缝，两个构造板块相互撞击。然而，当地质学家想到断层时，他们会看到一个由数千个单独断层组成的分支系统。“你看得越近，”论文的合著者之一、麻省大学阿默斯特分校的地球科学教授米歇尔·库克说，“你发现的越多，当你仔细观察时，情况就会变得非常复杂。”

这种复杂性使得准确理解系统中任何给定位置正在发生的事情变得困难——更不用说预测地震何时发生以及发生在何处。为了更加模糊图片，绝大多数单个断层被埋在泥土脚下或被植被遮挡，因此无法直接观察到。最后，故障系统在数千年、数万年甚至数百万年的过程中演变。因此，地质学家传统上为整个断层系统生成了广义的滑移率，并对断层系统如何演化进行了广泛的理论化。

在一项新的研究中，作者使用了一个“大约有厨房水槽大小”的物理模型，该论文的主要作者、麻省大学阿默斯特分校地球科学研究生汉娜·埃尔斯顿说，并用精心配制的高岭土填充它， “关于希腊酸奶的稠度”，其行为很像地壳。模型底部是两个可以精确移动的板。然后，埃尔斯顿和她的合著者小心地切割粘土，形成一个断层，在模拟一百万年的四个小时内，将板块移动了 12 厘米，同时用一系列高架相机拍照，然后他们可以对其进行分析，以揭示其模拟断层的滑移率和机制。

显示断层系统演化的板块位移实验动画。学分：马萨诸塞州阿默斯特分校

埃尔斯顿和她的合著者开发的首创技术的精确度使他们能够以前所未有的保真度跟踪断层特定位置的滑动率，然后可以提供研究人员可以直接与现场比较的记录研究估计沿断层任何特定点的滑移率。

该模型不仅以反映现实故障的方式运行，还让埃尔斯顿和她的同事，包括现在在地质调查局工作的库克和亚历克斯哈特姆，观察到其他人从未见过的两种不同现象。首先，该模型表明，随着断层的发展，断层上特定位置的滑移率会发生变化。其次，该团队表明滑移率是互动的：滑移率可以在沿一个断层的许多不同点发生变化，以响应附近其他断层处滑移率的变化。

埃尔斯顿说：“这项研究为我们提供了关于断层如何演变的最精细的画面，这可以用来帮助评估地震危害。”这只是一个开始。本文中的研究得到了国家科学基金会的支持，代表了该团队分析技术的概念验证。未来将详细对不同断层的演化进行 3D 重建。

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