美國夏威夷大學馬諾阿分校的地球科學家最新研究顯示,貫穿加州約750英里(約1200公里)的圣安德烈亞斯斷層及其南部的圣哈辛托斷層當前處于“臨界應力”狀態,整體壓力水平已升至過去一千年來的最高點,這顯著提高了美國西海岸發生強烈地震的可能性。
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研究團隊利用基于物理的數值模型,并結合長達一千年的地震歷史數據,對上述兩大斷層系統及其交匯區域卡洪峽(Cajon Pass)的應力累積狀況進行了重建和評估。 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·布爾克哈德(Liliane Burkhard)表示,多段斷層目前的應力水平“已達到或超過過去一千年觀測到的最高值”,區域系統可能具備一次貫通圣安德烈亞斯和圣哈辛托兩大斷層的大型破裂的條件。
研究提出了“地震閘門”(earthquake gate)的概念,用以描述卡洪峽在兩大斷層之間所起到的關鍵樞紐作用。 在某些情形下,當一條斷層的應力顯著高于另一條時,卡洪峽可以起到類似“安全閥”的作用,阻斷大規模破裂在兩條斷層之間傳播,從而限制單次地震事件的規模和影響范圍。 然而,當兩條斷層的應力水平在破裂發生時高度接近并同步升高,卡洪峽則有可能“開啟閘門”,允許破裂跨越兩大斷層,演變為一次覆蓋更大范圍的聯合地震事件。
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布爾克哈德指出,當前測算結果顯示,加州南段圣安德烈亞斯斷層自1857年“福特特洪地震”(Fort Tejon earthquake)以來已近160年未發生類似規模的大破裂,期間缺乏足夠的應力釋放,這使得系統“處于一個臨界加載狀態”。 模型顯示,在這種高壓且長時間未釋放的背景下,如果卡洪峽“閘門”打開,圣安德烈亞斯與圣哈辛托兩大斷層可能在一次事件中同步破裂,洛杉磯、圣伯納迪諾等人口稠密地區將面臨嚴重震害風險。
研究還重申了板塊構造運動的基本機理:在圣安德烈亞斯斷層帶,太平洋板塊與北美板塊沿斷層以每年約1至2英寸的速度相對滑動。 當板塊在接觸面局部“卡住”時,應力會在這些“卡點”持續積累,直至某一時刻斷裂面突然滑移,釋放巨大能量,并以地震波形式向地表傳播,這正是人們所感受到的地震。
文章對比了不同構造環境下地震活動的差異。 例如,在臺灣東部延伸的米侖斷層帶(Milun Fault Zone),歐亞板塊與菲律賓海板塊之間存在持續“蠕滑”,當地居民每年可感受到數百次地震,絕大多數震級在3.0至5.0之間,較大地震相對少見。 作者以自身在臺灣北部生活的體驗指出,這種頻繁但規模較小的震動意味著區域應力得以經常性釋放,從而降低了發生特大“超級地震”的可能性。
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相比之下,圣安德烈亞斯斷層某些區段長期未發生大規模破裂,壓力在深部不斷堆積,在科學界看來,“大地震”已不再是“是否會發生”的問題,而是“何時會發生”的時間問題。 研究人員強調,他們的工作并非對具體地震時間作出預測,而是通過嚴格的定量模型,為數百萬人的地震風險評估、基礎設施規劃和應急準備提供更加清晰的情景參考。
布爾克哈德表示,基于物理的模擬為理解不同斷層段之間應力耦合關系提供了重要工具,有助于厘清類似卡洪峽這樣的關鍵節點在決定破裂規模與路徑方面所發揮的作用。 她指出,當斷層系統整體處于“臨界加載”狀態時,應急管理和基礎設施建設部門需要認真對待各類潛在情景,從建筑規范到城市韌性規劃都應納入這種大型聯合破裂的可能性。
該研究成果已發表于《地球物理研究雜志:固體地球》(Journal of Geophysical Research: Solid Earth),由夏威夷大學對外發布相關信息。 研究團隊認為,盡管現有科學仍無法精確預測地震發生的時間與地點,但通過不斷完善模型和累積觀測數據,人類可以在風險認知和災害防控層面“領先一步”,為美國西海岸乃至全球地震帶上的城市提供更有依據的決策支持。
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