2019 年7 月4 日凌晨，一場6.4 級地震震撼了加利福尼亞州莫哈韋沙漠的瑟爾斯谷，導致整個南加州都有震感。大約34 小時後，7 月5 日，鄰近城市里奇奎斯特發生了7.1 級地震。晃動非常劇烈，整個加利福尼亞州以及亞利桑那州、內華達州和墨西哥下加利福尼亞州等附近地區的數百萬人都感受到了震感。

這些地震統稱為里奇克雷斯特地震，是二十多年來影響加州的最強烈地震。地震造成了大範圍的結構性破壞、停電和人員傷亡。發生在蘇爾斯谷的6.4 級地震後來被歸類為里奇克雷斯特M7.1 級地震的前震。

研究人員對地震活動的順序感到困惑。為什麼前震觸發主震需要34 個小時？這些地震是如何從地質斷層系統的一段”跳”到另一段的？地震之間能否在動態意義上”對話”？

為了解決這些問題，加州大學聖地亞哥分校斯克里普斯海洋學研究所和慕尼黑路德維希-馬克西米利安大學（LMU）的地震學家團隊領導了一項新的研究，重點研究發生在多斷層系統上的兩次大地震之間的關係。研究小組利用一台功能強大的超級計算機，結合數據和物理模型，確定了地震之間的聯繫。

斯克里普斯海洋學地震學家愛麗絲-加布里埃爾（Alice Gabriel）曾在盧塞恩大學工作過，她與盧塞恩大學的前博士生陶菲克-陶菲克拉赫曼（Taufiq Taufiqurrahman）以及幾位合著者共同領導了這項研究。他們的研究成果最近發表在《自然》雜誌上。

“加布里埃爾現任斯克里普斯海洋學研究所地球物理學和行星物理學副教授。”高性能計算使我們能夠了解這些大型事件的驅動因素，這有助於為地震災害評估和防備提供信息。”

加布里埃爾說，了解多斷層破裂的動態非常重要，因為這類地震通常比發生在單一斷層上的地震威力更大。例如，2023 年2 月6 日發生的土耳其-敘利亞雙重地震造成了重大人員傷亡和廣泛破壞。這次地震的特點是，兩次地震相隔僅9 個小時，且均跨越多個斷層。

2019 年的里奇克雷斯特地震發源於東加州剪切帶，沿走向滑動斷層系統發生，每個斷層的兩側主要沿水平方向移動，沒有垂直運動。地震序列在交錯的、以前未知的”反向”斷層（與主斷層成高角度（接近90 度）運動的次要斷層）上層疊發生。地震學界一直在爭論哪些斷層段會發生主動滑動，以及哪些條件會促進級聯地震的發生。

新研究首次提出了將地震圖、構造數據、實地測繪、衛星數據和其他天基大地測量數據集與地震物理學相統一的多斷層模型，而以往有關這類地震的模型都是純粹由數據驅動的。

陶菲克拉赫曼說：”通過數據注入建模的視角，並藉助超級計算機的能力，我們揭示了多斷層共軛地震的複雜性，揭示了支配級聯破裂動力學的物理學原理。”

研究人員利用德國萊布尼茲超級計算中心（LRZ）的超級計算機SuperMUC-NG，揭示了Searles Valley 地震和Ridgecrest 地震確實是相互關聯的。在復雜的斷層幾何結構和低動態摩擦力的驅動下，地震在靜態強但動態弱的斷層系統中相互作用。

研究小組的三維斷裂模擬說明了地震前被認為是堅固的斷層是如何在地震快速運動時變得非常脆弱的，並解釋了多個斷層是如何一起斷裂的。

“當斷層系統發生破裂時，我們會看到意想不到的相互作用。例如，地震級聯，它可以從一個區段跳到另一個區段，或者一次地震導致下一次地震採取不尋常的路徑。”加布里埃爾說：”地震的規模可能比我們預想的要大得多。要在地震災害評估中考慮到這一點具有挑戰性”。

根據作者的說法，他們的模型有可能對地震學領域產生”變革性影響”，改進對活躍的多斷層系統的地震危害評估，而這種評估往往被低估。

加布里埃爾說：”我們的研究結果表明，類似的模型可以將更多的物理學知識納入地震災害評估和防備工作中。在超級計算機和物理學的幫助下，我們解開了可以說是最詳細的複雜地震破裂模式數據集。”