地震是一种具有巨大破坏力的自然灾害，其释放的地震波的破坏程度直接取决于断层失稳破裂面的扩张过程，也就是地震动态破裂过程。例如，如果地震在极短时间内释放储存在地下的弹性能量，形成“快地震”，则会辐射出强烈的地震波；相反，如果地震持续过程很长，破裂过程较为温和，不会产生明显的可检测地震波，形成“慢地震”。地震破裂理论的发展可以帮助揭示驱动地震动态破裂过程的内在物理机制，为防震减灾提供理论基础。

图1：左：理想线弹性的应力应变关系。右：不同加载速率下岩石的应力应变关系，具有粘弹性特征

传统二维破裂理论在解释地震震源机制方面得到了广泛应用。然而，由于其二维假设和线弹性模型的限制，在解释大地震与慢地震的物理机制方面存在很大局限性。例如，二维破裂模型通常产生裂缝状(crack)破裂模式，而地震学观测显示大地震通常具有脉冲状(pulse-like)破裂模式。此外，实验室的研究表明，岩石可能表现出粘弹性行为，而非传统的理想线弹性特性。

图2：(a)地震破裂模型概念图，(b)弹性破裂趋于极限速度，(c)粘弹性破裂存在任意终端速度

为此，南京大学翁辉辉研究员提出了一个考虑了粘弹性介质的地震破裂新理论模型，可用于解释全球发生的快地震与慢地震。该研究发现，在粘弹性介质中发生的地震破裂过程会达到一个终端速度，可以是从慢破裂到超剪切破裂的连续速度区间。与线弹性介质不同的是，地震的破裂速度不仅受到断层上储存的弹性能与摩擦破裂能比值的控制，还受到断层上的三个长度尺度的控制：即过程区长度、粘弹性特征距离和断层宽度。高性能计算机支持的数值模拟结果与理论模型预测非常吻合，验证了该理论的可靠性。

图3：理论模型预测数值模拟结果

该研究成果以“The dynamics of fast and slow earthquake ruptures in viscoelastic materials”为题，于2025年6月10号发表于JGR Solid Earth期刊，全文共32页。必赢242net翁辉辉研究员为论文的唯一作者。本研究得到了国家自然科学基金（42374066）和国家重点研发计划（2023YFC3007302）的资助。

论文信息：

Weng, H. (2025). The dynamics of fast and slow earthquake ruptures in viscoelastic materials. Journal of Geophysical Research: Solid Earth, 130, e2024JB030663. 

PDF: https://doi.org/10.1029/2024JB030663

图文：翁辉辉

审核：陈天宇