美科学家借助超算模拟多断层地震破裂

一些最强地震涉及多个断层，这些多断层地震跨越数十至数百公里的断层系统，同时，破裂会从一个区段传到另一个区段。在过去的十年中，科学家们观察到了几次这种复杂地震，如2010年新西兰Darfield 7.2级地震及墨西哥El Mayor-Cucapah 7.2级地震，2012年印度洋8.6级地震，2015年新西兰Kaikoura 7.8级地震。

近日，美国加州大学河滨分校的研究人员在《地球物理学研究：固体地球》上发表文章，介绍了他们的主要发现——涉及南加州布劳利地震带假定断层网络的动态相互作用。该研究的主要作者、加州大学河滨分校的地球物理学家Christodoulos Kyriakopoulos表示，基于物理的动态破裂模型，使其能够使用超级计算机模拟复杂的地震破裂。在具体研究过程中，研究者运行了数十个数值模拟，并记录了其使用高级可视化软件分析的大量交互。

动态破裂模型可以让科学家研究地震中发生的基本物理过程。通过这种类型的模型，超级计算机可以模拟不同地震断层之间的相互作用。例如，这些模型可以研究地震波如何从一个断层传播到另一个断层，以及另一个断层的稳定性。Kyriakopoulos表示，一般情况下，这一类型的模型对于分析过去的大地震非常有用，但可能更重要的是，其可以帮助预测未来的地震情景。

Kyriakopoulos开发的数值模型由两个主要部分组成。首先是有限元网格，再现了布劳利地震带中的复杂断层网络。第二个组成部分是一个有限元动态破裂代码，称为FaultMod，其允许研究者模拟地震破裂、地震波和地面运动随时间的演变。Kyriakopoulos称，他们所做的是在计算机中创建地震——通过改变模拟地震的参数来研究它们的属性。基本上，研究者创造了一个虚拟世界，在那里他们创造了不同类型的地震，帮助人类了解现实世界中正在发生的地震。

为了克服模拟过程中的相关挑战，研究者使用了XSEDE——美国国家科学基金会资助的极限科学与工程发现环境。他们在得克萨斯高级计算中心使用了超级计算机Stampede，在圣地亚哥超级计算机中心使用了超级计算机Comet。同时，相关研究还涉及XSEDE的Stampede2系统。（赵纪东）

相关论文信息：https://www.tacc.utexas.edu/-/supercomputing-dynamic-earthquake-rupture-models

水力压裂可能诱发远处地震

近日，《科学》发表文章称，水力压裂诱发的地震可能远远超出流体注入的范围，在数十公里以外的地方诱发地震。

长期以来，水力压裂过程产生的地震活动备受生产区域附近社区的诟病。例如，荷兰，欧洲最大的天然气田将在2030年后关闭，原因是生产中的诱发地震使得房屋受损严重。然而，来自美国塔夫茨大学的这项新的研究发现，这种由水力压裂带来的风险可能在更大范围存在，甚至会诱发50 km范围内的地震。研究人员在浅层地质断层中进行了实验，发现向这些地区注水会导致沿断层线的岩石缓慢滑动。这些“无声的”运动在滑脱的初始点没有产生地震，而是逐渐增加了断层较远部分的压力，导致地震远离钻孔，远超过注入流体所能到达的距离。研究表明，通过这种机制，水力压裂可以诱发几十公里外的地震。研究人员解释称，地下流体注入引起的地震群通常假定发生在因孔隙流体压力增加而失稳的断层上。然而，流体注入也可以激活抗震滑移，这可能会超过孔隙流体的运移速度，并将地震触发应力的变化传递到流体压力区域之外。研究中将这一理论预测与流体注入实验数据进行了对比，这些实验激活并测量了预先存在的浅断层上的缓慢、抗震滑移。结果发现，孔隙压力和滑动历史表明，断层的强度是减滑摩擦系数和局部有效正应力的乘积。利用剪切—断裂耦合模型，研究人员推导了主动变形断层流体力学参数的约束条件，并认为所推断的抗震破裂前沿传播速度快，传播距离大于承压孔隙流体的扩散。

研究人员表示，后期将尽快准确计算脆弱区域的范围，以及可能发生地震的时间尺度，将能够向居民和当局提供可靠的信息，并允许所有参与者就是否应该允许水力压裂做出明智的决定。此外，研究人员提醒，要注意诱发地震的问题不仅仅是保留水力压裂。清洁能源和二氧化碳清除技术的几种潜在来源也容易引发地震，因此，了解如何管理此类风险对于开发此类技术至关重要。（ ）

相关论文信息：https://science.sciencemag.org/content/364/6439/464.full