世界上的一些大型城市，比如洛杉磯、墨西哥城和圣地亞哥都位于自然形成的沉積盆地中，其中不少還位于地震帶上，容易發(fā)生地震。而且根據(jù)一些數(shù)值模型，地震產(chǎn)生的震動在盆地內(nèi)會被放大。

但是，最近科研人員用3D打印的城市模型，做了模擬地震的實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)實(shí)際情況好像恰恰相反。他們發(fā)現(xiàn)，最高頻率的地震波（那些產(chǎn)生突然的加速度變化，對建筑物最具破壞性的地震波）實(shí)際上在模型的盆地內(nèi)衰減了。該小組指出，這是數(shù)字模型完全沒有預(yù)料到的，可能是因?yàn)閿?shù)值模型在空間分辨率上范圍有限，輸入的方程式也有一些限制。

沉積盆地是復(fù)雜的地質(zhì)結(jié)構(gòu)。它們一開始是洼地，隨著時(shí)間的推移，被河流和山體滑坡沉積的低密度物質(zhì)所填滿。在洛杉磯南加州大學(xué)從事自然災(zāi)害研究的土木工程師Chukwuebuka C. Nweke說：“想象一下，一個(gè)碗被填滿了東西?！?/p>

但是，鑒于數(shù)值模型的空間分辨率和運(yùn)行所需的計(jì)算時(shí)間之間固有的權(quán)衡，在一個(gè)數(shù)值模型中再現(xiàn)沉積盆地的小規(guī)模細(xì)節(jié)是具有挑戰(zhàn)性的。就是你需要把實(shí)際情況全部轉(zhuǎn)化為數(shù)值，才能獲得最準(zhǔn)確的答案。但是要把所有情況都變成數(shù)值難度太大了。

出于這個(gè)原因，芝加哥大學(xué)的地震學(xué)家Park和她的同事最近開始3D打印洛杉磯盆地的模型。他們發(fā)現(xiàn)，可以在3D打印模型中重現(xiàn)相對較小的自然密度變化，相當(dāng)于現(xiàn)實(shí)生活中大約10米的大小。Park說，這比通常用于研究洛杉磯盆地的數(shù)值模型的空間分辨率要好10倍左右。

在對橡膠和塑料等材料進(jìn)行實(shí)驗(yàn)后，Park和她的同事們決定采用不銹鋼來打印模型。她表示，“不銹鋼的模型是剛性的，材料屬性范圍就大得多?！?/p>

很快，他們就采用粉末燒結(jié)的方法，3D打印了一個(gè)大約20厘米長、4厘米寬、1厘米高的洛杉磯盆地模型。從外觀上看并沒有什么特點(diǎn)。但實(shí)際上，每個(gè)模型都包含了大概50公里寬的地質(zhì)結(jié)構(gòu)，比例為1:250,000。

之后，研究小組通過用兆赫頻率的激光轟擊他們的模型，產(chǎn)生了極其微小的地震。激光脈沖的熱能加熱了模型，導(dǎo)致不同的應(yīng)力轉(zhuǎn)化為運(yùn)動，盡管非常?。篜ark和她的同事在模型的頂部記錄了十分之一納米的地面運(yùn)動。

研究人員發(fā)現(xiàn)，他們的模型中較高頻率的地面運(yùn)動（對應(yīng)現(xiàn)實(shí)生活中1赫茲以上的頻率）在盆地內(nèi)普遍減少。研究小組發(fā)現(xiàn)，這些波往往在盆地的邊緣被選擇性地反射回來。

Park說，這是一個(gè)驚喜，因?yàn)槌练e盆地一直被認(rèn)為是地面運(yùn)動的放大器?！斑@些結(jié)果在某種意義上與我們的傳統(tǒng)理解相反。”

研究人員建議，利用這些模型還有很多可以調(diào)查的地方。科學(xué)家們在實(shí)驗(yàn)中的一個(gè)意外發(fā)現(xiàn)是，他們的激光脈沖不僅觸發(fā)了地震波，而且還觸發(fā)了掠過模型頂面的空氣波。Park說，由于這種波受到當(dāng)?shù)氐匦蔚膹?qiáng)烈影響，合理的后續(xù)工作可能包括在模型的表面添加像山丘和山脈這樣的特征，然后測量空中波的傳播方式。