Các nhà nghiên cứu từ Đại học Brown phát hiện ra rằng hình dạng đứt gãy, bao gồm cả sự lệch vị trí và cấu trúc phức tạp trong vùng đứt gãy, đóng vai trò quan trọng trong việc xác định xác suất và cường độ của một trận động đất. Phát hiện này, dựa trên các nghiên cứu về đường đứt gãy ở California, thách thức các quan điểm truyền thống chủ yếu tập trung vào ma sát.

Bằng cách xem xét kỹ hơn thành phần hình học của các loại đá nơi phát sinh động đất, các nhà nghiên cứu tại Đại học Brown đang bổ sung thêm một điều mới cho niềm tin lâu nay về nguyên nhân gây ra động đất.

Động lực học động đất được xem xét lại

Nghiên cứu được mô tả trong một bài báo được xuất bản gần đây trên tạp chí thiên nhiênNó tiết lộ rằng cách các mạng lưới đứt gãy được căn chỉnh đóng một vai trò quan trọng trong việc xác định nơi xảy ra trận động đất và cường độ của nó. Những phát hiện này thách thức quan điểm truyền thống rằng loại ma sát xảy ra tại các đứt gãy này chủ yếu chi phối việc động đất có xảy ra hay không và có thể cải thiện sự hiểu biết hiện tại về cách thức hoạt động của động đất.

Victor Tsai, nhà địa vật lý tại Đại học Brown và là một trong những tác giả chính của bài báo cho biết: “Bài báo của chúng tôi vẽ ra một bức tranh rất khác về lý do tại sao động đất xảy ra”. “Điều này có ý nghĩa rất quan trọng đối với nơi có thể xảy ra động đất và nơi không thể dự kiến ​​động đất, cũng như để dự đoán nơi động đất sẽ gây thiệt hại nặng nề nhất.”

Quan điểm truyền thống về cơ học động đất

Các đường đứt gãy là ranh giới có thể nhìn thấy trên bề mặt hành tinh, nơi các mảng rắn tạo nên thạch quyển của Trái đất va chạm với nhau. Trong nhiều thập kỷ, các nhà địa vật lý đã giải thích các trận động đất xảy ra khi ứng suất tích tụ trên các đứt gãy đến mức các đứt gãy nhanh chóng trượt hoặc đứt gãy lẫn nhau, giải phóng ứng suất dồn nén trong một hành động được gọi là hành vi trượt, Tsai nói.

Các nhà nghiên cứu đưa ra giả thuyết rằng sự trượt nhanh và chuyển động mạnh của mặt đất theo sau là kết quả của ma sát không ổn định có thể xảy ra tại các đứt gãy. Ngược lại, ý tưởng là khi ma sát ổn định, các mảng trượt vào nhau từ từ mà không xảy ra động đất. Chuyển động đều đặn, trơn tru này còn được gọi là bò.

Quan điểm mới về hành vi của đường đứt gãy

“Người ta cố gắng đo các đặc tính ma sát này, chẳng hạn như liệu một vùng đứt gãy có ma sát không ổn định hay ma sát ổn định hay không, sau đó, dựa trên các phép đo trong phòng thí nghiệm về điều đó, họ cố gắng dự đoán liệu có xảy ra động đất ở đó hay không,” Cai nói. Anh ấy nói. “Những phát hiện của chúng tôi cho thấy rằng việc xem xét hình dạng của các đứt gãy trong các mạng lưới đứt gãy này có thể quan trọng hơn, bởi vì có thể hình dạng phức tạp của các cấu trúc xung quanh các ranh giới đó đã tạo ra hành vi không ổn định so với ổn định này”.

Hình dạng cần xem xét bao gồm sự phức tạp trong các cấu trúc đá bên dưới như chỗ uốn cong, khoảng trống và bậc thang. Nghiên cứu này dựa trên mô hình toán học và nghiên cứu các vùng đứt gãy ở California bằng cách sử dụng dữ liệu từ Cơ sở dữ liệu đứt gãy Đệ tứ của Cơ quan Khảo sát Địa chất Hoa Kỳ và từ Cơ quan Khảo sát Địa chất California.

Ví dụ chi tiết và nghiên cứu trước đây

Nhóm nghiên cứu, bao gồm cả sinh viên tốt nghiệp Đại học Brown Jaesuk Lee và nhà địa vật lý Greg Hirth, cung cấp một ví dụ chi tiết hơn để minh họa động đất xảy ra như thế nào. Người ta nói hãy tưởng tượng những khuyết điểm va chạm với nhau giống như có những chiếc răng cưa giống như mép cưa.

Khi có ít răng hoặc răng cùn, các tảng đá trượt lên nhau trơn tru hơn, tạo điều kiện cho chúng bò. Nhưng khi cấu trúc đá ở các đứt gãy này phức tạp và gồ ghề hơn, các cấu trúc này sẽ dính chặt vào nhau. Khi điều này xảy ra, chúng làm tăng áp suất, và cuối cùng khi chúng kéo và đẩy mạnh hơn, chúng vỡ ra, tách ra và gây ra động đất.

Ảnh hưởng của độ phức tạp hình học

Nghiên cứu mới dựa trên công việc trước Hãy xem xét lý do tại sao một số trận động đất tạo ra chuyển động mặt đất lớn hơn so với các trận động đất khác ở những nơi khác nhau trên thế giới và đôi khi thậm chí cả những trận động đất có cùng cường độ. Nghiên cứu cho thấy sự va chạm của các khối trong vùng đứt gãy trong trận động đất góp phần đáng kể vào việc tạo ra các rung động tần số cao và đưa ra ý tưởng rằng có lẽ độ phức tạp hình học dưới bề mặt cũng đóng vai trò trong việc xác định vị trí và lý do xảy ra động đất.

Sự mất cân bằng và cường độ động đất

Phân tích dữ liệu từ các đứt gãy ở California – bao gồm đứt gãy San Andreas nổi tiếng – các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng các vùng đứt gãy có hình học phức tạp bên dưới, nghĩa là các cấu trúc ở đó không song song, hóa ra lại có chuyển động mặt đất mạnh hơn so với các chuyển động ít hình học hơn. tổ hợp. Các vùng lỗi. Điều này cũng có nghĩa là một số khu vực sẽ có động đất mạnh hơn, những khu vực khác sẽ có động đất yếu hơn và một số sẽ không có động đất.

Các nhà nghiên cứu xác định điều này dựa trên sự mất cân bằng trung bình của các lỗi mà họ đã phân tích. Tỷ lệ sai lệch này đo lường mức độ gần nhau của các đứt gãy trong một khu vực nhất định và tất cả đều đi theo cùng một hướng so với đi theo các hướng khác nhau. Phân tích cho thấy các vùng đứt gãy có đường đứt gãy xiên hơn gây ra các đợt trượt dưới dạng động đất. Các vùng đứt gãy nơi hình dạng đứt gãy được căn chỉnh nhiều hơn đã tạo điều kiện cho đường đứt gãy di chuyển trơn tru mà không có động đất.

Lee, nghiên cứu sinh đứng đầu công trình, cho biết: “Hiểu được cách thức hoạt động của các đứt gãy như một hệ thống là điều cần thiết để hiểu lý do và cách thức xảy ra động đất”. “Nghiên cứu của chúng tôi cho thấy rằng sự phức tạp của kiến ​​trúc mạng lỗi là yếu tố chính và tạo ra các kết nối có ý nghĩa giữa các nhóm quan sát độc lập và tích hợp chúng vào một khuôn khổ mới.”

Hướng tương lai trong nghiên cứu động đất

Các nhà nghiên cứu cho biết cần phải thực hiện nhiều công việc hơn để xác nhận đầy đủ mô hình, nhưng công trình sơ bộ này cho thấy ý tưởng này đầy hứa hẹn, đặc biệt vì độ lệch hoặc độ lệch dễ đo hơn các đặc tính lệch. Nếu công trình này hợp lệ, một ngày nào đó nó có thể được đưa vào các mô hình dự báo động đất.

Hiện tại, điều này vẫn còn là một chặng đường dài khi các nhà nghiên cứu bắt đầu xác định cách xây dựng nghiên cứu này.

Tsai nói: “Điều rõ ràng nhất tiếp theo là cố gắng vượt ra ngoài California và xem mô hình này sẽ tồn tại như thế nào”. “Đây có thể là một cách mới để hiểu động đất xảy ra như thế nào.”

Tham khảo: “Hình học mạng đứt gãy ảnh hưởng đến hành vi ma sát của động đất” của Jaesuk Lee, Victor C. Tsai, Greg Hirth, Avigyan Chatterjee và Daniel T. Trugman, ngày 5 tháng 6 năm 2024, thiên nhiên.
doi: 10.1038/s41586-024-07518-6

Nghiên cứu được hỗ trợ bởi Quỹ khoa học quốc gia. Ngoài Li, Tsai và Hirth, nhóm còn có Avighyan Chatterjee và Daniel T. Trugman của Đại học Nevada, Reno.