美國地震學家最新研究顯示,沿約1200公里的圣安德烈亞斯斷層及其南段旁的圣哈辛托斷層,目前已處于“臨界應力”狀態,累積壓力達到過去一千年來的最高水平,大幅增加美國西海岸遭遇強震的可能性。 研究團隊指出,位于兩大斷層交匯處的卡洪山口(Cajon Pass)可能充當“地震閘門”,一旦開啟,將觸發貫穿兩大斷層的大規模破裂事件,對洛杉磯、圣貝納迪諾等人口高度密集地區構成嚴重威脅。
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這項由夏威夷大學馬諾阿分校地球科學家主導的研究,利用物理模擬和長達千年的地震歷史數據,對圣安德烈亞斯和圣哈辛托兩大斷層系統以及卡洪山口區域的應力演化進行了重建。 論文第一作者、夏威夷大學地球物理與行星學研究所研究員莉莉安娜·伯克哈德(Liliane Burkhard)表示,多條斷層段上的應力水平如今已接近或超過過去一千年記錄中的最高值,這意味著該區域“具備發生一次貫通兩大斷層的大地震的能力”。
研究提出“地震閘門”這一關鍵概念,用以描述卡洪山口在大地震鏈式破裂中的控制作用。 當兩條斷層的應力水平差異較大時,這一“閘門”可能阻止地震破裂從一條斷層跨越至另一條;而當兩者的應力高度接近且都處在抬升狀態時,“閘門”則更有可能被“打開”,使得一次地震事件沿兩大斷層連續擴展,形成覆蓋范圍極廣的強震。 伯克哈德指出,目前區域應力整體處于歷史高位,加之上一次該段發生大規模破裂已經過去逾160年,整個系統已處在“臨界加載狀態”。
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圣安德烈亞斯斷層是太平洋板塊與北美板塊的交界,其長度約750英里(約1200公里),斷層面埋藏在地表以下約16公里處,是北美地區規模最大、最具代表性的活動斷層之一。 在加州境內,較小的斷層會與這一主干斷層匯合或分支,其中位于南加州的圣哈辛托斷層就是重要一支。 板塊相對運動速率約每年1至2英寸(約2.5至5厘米),在板塊邊界處如果發生“卡住”現象,局部應力就會不斷積累,直至某一時刻突然釋放,形成強烈地震,這是該區域反復上演的基本物理過程。
相比之下,一些斷層帶長期存在緩慢“爬滑”,以頻繁的小震不斷釋放能量,就不易形成同等規模的能量積累。 例如,臺灣東部沿米侖斷層帶的歐亞板塊與菲律賓海板塊之間的摩擦,每年可觸發數百次有感地震,多數地震震級在3.0至5.0之間,較大地震相對少見。 對于生活在花蓮縣等高震感區域的居民而言,盡管頻繁震動令人難以習慣,但從地震能量釋放模式角度看,這種“常震不大震”的狀態反而在一定程度上降低了“超級大震”的概率。 然而,在圣安德烈亞斯斷層的部分路段,由于長期缺乏這種持續釋放,巨大的能量已在深部悄然積聚,使得“大地震”發生的可能性逐步升高。
歷史紀錄顯示,1857年圣安德烈亞斯斷層南段曾發生過一次大規模破裂,即著名的福特泰洪地震,是加州歷史上最大地震事件之一。 自那以后,相關區域已經接近160年未再發生類似規模的斷層整體破裂。 在眾多科學機構和地震學家的共識中,所謂“那一場大地震”(the big one)早已不再是“會不會來”的問題,而只是“何時到來”的時間問題。
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盡管如此,研究團隊強調,目前的工作并不構成對地震發生時間的具體預測。 伯克哈德表示,此次采用的物理模型和長時間序列數據分析,旨在為地震風險評估和災害管理提供更精細的量化依據,而非給出確切的時間預報。 她指出,這類研究是國家和全球地震災害研究的重要組成部分,有助于政府和城市管理者理解數百萬人口所面臨的實際風險范圍。
研究人員指出,當前能給出的較為明確的判斷是:圣安德烈亞斯及周邊斷層系統正處在“臨界應力”狀態,未來可能發生的破裂情景具有不確定性,但其潛在破壞范圍和強度都不容低估。 通過這類以物理為基礎的模型,科研人員能更清晰地描繪出可能出現的多種地震情景,為地震危險性評估、基礎設施建設標準以及應急預案制定提供科學參考。 相關研究成果已發表于《地球物理研究雜志:固體地球》(Journal of Geophysical Research: Solid Earth),論文由夏威夷大學團隊撰寫,加州“臨界斷層”狀態的研究也正在引起國際地震學界的廣泛關注。
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