지진 예측을 선도하는 공학

브라운대학교 연구원들은 단층대 내의 전위 및 복잡한 구조를 포함한 단층 기하학이 지진의 확률과 강도를 결정하는 데 중요한 역할을 한다는 사실을 발견했습니다. 캘리포니아의 단층선 연구를 바탕으로 한 이 발견은 주로 마찰에 초점을 맞춘 전통적인 견해에 도전합니다.

지진이 발생하는 암석의 기하학적 구성을 면밀히 조사함으로써 브라운 대학의 연구자들은 우선 지진을 일으키는 원인에 대한 오랜 믿음에 새로운 주름을 추가하고 있습니다.

지진 역학 재검토

최근 저널에 게재된 기사에 설명된 연구 자연이는 단층 네트워크가 정렬되는 방식이 지진이 발생하는 위치와 강도를 결정하는 데 중요한 역할을 한다는 것을 보여줍니다. 이러한 발견은 주로 지진 발생 여부를 결정하는 단층에서 발생하는 마찰 유형이며 지진이 어떻게 작용하는지에 대한 현재의 이해를 향상시킬 수 있다는 전통적인 생각에 도전합니다.

브라운 대학의 지구물리학자이자 논문의 주요 저자 중 한 명인 Victor Tsai는 “우리 논문은 지진이 발생하는 이유에 대해 매우 다른 그림을 그립니다.”라고 말했습니다. “이것은 지진이 발생할 것으로 예상되는 곳과 지진이 예상될 수 없는 곳, 그리고 지진이 가장 큰 피해를 입힐 곳을 예측하는 데 매우 중요한 의미를 갖습니다.”

지진 역학에 대한 전통적인 견해

단층선은 지구의 암석권을 구성하는 단단한 판이 서로 충돌하는 행성 표면의 눈에 보이는 경계입니다. 수십 년 동안 지구물리학자들은 단층이 빠르게 미끄러지거나 서로 부서지는 지점까지 단층에 응력이 쌓일 때 지진이 발생한다고 해석해 왔으며, 미끄러짐 동작으로 알려진 작용으로 억눌린 응력이 방출된다고 Tsai는 말합니다.

연구자들은 급격한 미끄러짐과 그에 따른 강렬한 지면 움직임이 단층에서 발생할 수 있는 불안정한 마찰의 결과라고 가정했습니다. 대조적으로, 마찰이 안정되면 지진이 발생하지 않고 판이 서로 천천히 미끄러진다는 생각입니다. 이 꾸준하고 부드러운 움직임은 크롤링이라고도 알려져 있습니다.

단층선 행동에 대한 새로운 관점

Cai는 “사람들은 단층 지역에 불안정한 마찰이 있는지, 안정적인 마찰이 있는지와 같은 마찰 특성을 측정하려고 노력한 다음 실험실 측정을 기반으로 그곳에서 지진이 일어날지 여부를 예측하려고 합니다”라고 말했습니다. 그는 말했다. “우리의 연구 결과는 이러한 단층 네트워크에서 단층의 기하학적 구조를 살펴보는 것이 더 중요할 수 있음을 시사합니다. 왜냐하면 이러한 불안정한 대 안정적인 동작을 생성하는 경계 주변 구조의 복잡한 기하학적 구조일 수 있기 때문입니다.”

고려해야 할 형상에는 굴곡, 틈, 계단과 같은 기본 암석 구조의 복잡성이 포함됩니다. 이 연구는 미국 지질조사국(US Geological Survey)의 제4차 단층 데이터베이스(Quaternary Faults Database)와 캘리포니아 지질조사국(California Geological Survey)의 데이터를 사용하여 캘리포니아 단층대에 대한 수학적 모델링 및 연구를 기반으로 합니다.

자세한 사례 및 선행연구

브라운 대학교 대학원생 이재석과 지구물리학자 그렉 허스(Greg Hirth)도 포함된 연구팀은 지진이 어떻게 발생하는지 설명하는 보다 자세한 예를 제공합니다. 톱날처럼 톱니 모양의 톱니가 있는 것처럼 서로 충돌하는 결함을 상상한다고 합니다.

치아의 수가 적거나 뭉툭한 치아가 있으면 암석이 서로 더 부드럽게 미끄러져 기어갈 수 있습니다. 그러나 이러한 단층의 암석 구조가 더 복잡하고 거칠면 이러한 구조가 서로 달라붙습니다. 이런 일이 발생하면 압력이 증가하고 결국 더 세게 당기고 밀면 부서지고 찢어지며 지진이 발생합니다.

기하학적 복잡성의 영향

새로운 연구는 다음을 기반으로합니다. 이전 직업 왜 일부 지진은 세계 각지의 다른 지진, 때로는 같은 규모의 지진에 비해 더 큰 지반 운동을 발생시키는지 생각해 보십시오. 이번 연구는 지진이 발생하는 동안 단층대 내 블록의 충돌이 고주파 진동 생성에 크게 기여한다는 사실을 보여주었으며, 지하의 기하학적 복잡성이 지진이 발생하는 장소와 이유에 영향을 미칠 수 있다는 생각을 불러일으켰습니다.

지진 불균형 및 강도

잘 알려진 산 안드레아스 단층(San Andreas Fault)을 포함해 캘리포니아의 단층 데이터를 분석한 결과, 연구원들은 아래에 복잡한 기하학적 구조가 있는 단층대(구조가 일관되지 않음을 의미함)가 기하학적으로 덜 기하학적인 움직임보다 더 강한 지면 움직임을 갖는 것으로 밝혀졌습니다. 복잡한. 오류 영역. 이는 또한 이들 지역 중 일부에서는 더 강한 지진이 발생하고 다른 일부에서는 약한 지진이 발생하며 일부에서는 지진이 발생하지 않을 것임을 의미합니다.

연구자들은 그들이 분석한 오류의 평균 불균형을 기반으로 이를 결정했습니다. 이 오정렬 비율은 주어진 영역에서 결함이 얼마나 가까운지 측정하고 모두가 다른 방향으로 가는 것과 동일한 방향으로 가는 것을 측정합니다. 분석 결과 단층이 더 비스듬한 단층 지역에서는 지진 형태의 미끄러짐 현상이 발생하는 것으로 나타났습니다. 단층 기하학적 구조가 더 정렬된 단층 구역은 지진 없이 단층의 부드러운 크리프를 촉진했습니다.

이번 연구를 주도한 대학원생 이씨는 “지진이 왜, 어떻게 발생하는지 이해하려면 단층이 시스템으로서 어떻게 행동하는지 이해하는 것이 필수적”이라고 말했다. “우리의 연구에 따르면 오류 네트워크 아키텍처의 복잡성이 핵심 요소이며 독립적인 관찰 세트 간에 의미 있는 연결을 생성하고 이를 새로운 프레임워크에 통합합니다.”

지진 연구의 미래 방향

연구원들은 모델을 완전히 검증하기 위해 더 많은 작업이 필요하다고 말하지만, 이 예비 작업은 특히 오정렬 또는 오정렬이 오정렬 속성보다 측정하기 쉽기 때문에 아이디어가 유망하다는 것을 시사합니다. 이 작업이 타당하다면 언젠가는 지진 예측 모델에 통합될 수 있을 것입니다.

연구자들이 연구를 기반으로 하는 방법을 결정하기 시작함에 따라 현재로서는 아직 갈 길이 멀습니다.

Tsai는 “다음에 가장 확실한 것은 캘리포니아를 넘어 이 모델이 어떻게 유지되는지 확인하는 것입니다.”라고 말했습니다. “이것은 잠재적으로 지진이 어떻게 발생하는지 이해하는 새로운 방법입니다.”

참고 자료: “단층 네트워크 기하학은 지진의 마찰 거동에 영향을 미칩니다.” 이재석, Victor C. 차이(Tsai), 그렉 허스(Greg Hirth), 아비얀 채터지(Avigyan Chatterjee), 다니엘 T. 트러그먼, 2024년 6월 5일, 자연.
도이: 10.1038/s41586-024-07518-6

이 연구는 국립과학재단(National Science Foundation)의 지원을 받았습니다. Li, Tsai 및 Hirth 외에도 팀에는 Reno 네바다 대학교의 Avighyan Chatterjee 및 Daniel Trugman도 포함되었습니다.