科学家首次观测到大型地震的"鞭打效应"

京都大学的研究团队在分析断层线附近的强震数据时，发现了一种前所未知的地震现象——当构造板块之间的断层运动突然停止时，会产生一种类似"地质鞭打"的效应。这一发现源于研究人员在地震数据中观察到的负相位波形，这是一种在已知板块活动中从未预料到的异常模式。

研究发现，断层线附近的地面在地震中并非仅仅单向移动，而是会出现超调现象——先向一个方向移动，然后短暂地向反方向急剧回弹。这种现象类似于汽车紧急刹车时，车身先因惯性前倾，随后因悬挂系统作用而向后弹回，将乘客推向座椅靠背的情形。该研究的第一作者杰西·基尔斯表示，这项研究源于一个更广泛的努力，旨在更好地理解近断层地震记录，并根据地震源过程对其进行解释。

这些负相位波形可能与地震对地表的破坏程度有关，尤其是在大型走滑断层地震中，因为研究人员指出，对建筑物等结构进行防护设计以抵御这种反向运动尤其困难。走滑断层是垂直或近垂直的断裂面，其两侧岩块主要沿水平方向移动。在环太平洋火山带——这里产生了全球约90%的地震——沿着圣安德烈亚斯断层和夏洛特女王断层等边界的非火山性构造板块"研磨"或俯冲作用，可能导致相当规模的走滑地震。

研究团队将观测到的地面运动与模型预测相结合，将地震加速度与卫星数据配对，然后模拟了如果存在某种障碍物突然停止运动时，这种大型走滑地震会如何发生。通过这种方法，他们发现负相位波实际上与板块运动到达边界并停止地面运动有关。

研究人员还发现，强烈的"停止相位信号"在地震突然停止和缓慢停止之间存在差异，这为理解这种运动的物理机制如何影响地表之上的运动开辟了新途径。团队解释说，停止相位"产生长时间的、类似鞭打的地面运动"，这给工程师带来了独特的挑战。就像汽车刹车一样，地震停止得越快，产生的向后鞭打效应就越强。

研究团队在论文中写道:"我们展示了来自大型走滑地震的系统性近场地面运动停止相位观测。对全球12次地震事件的分析表明，断层平行方向地表位移的瞬态超调是断裂传播突然终止的可靠诊断特征。"研究人员现在计划扩大研究范围，考察全球大型地震的发生情况，以更好地了解地震在停止阶段的行为特征。对于走滑断层引起的地震而言，震级规模至关重要，而它们的停止特征可以帮助我们更好地防范其影响。这项研究已发表在《科学》杂志上。