地震发生在地壳中积累的压力沿着称为断层的裂缝突然释放时。这些断层通常形成在巨大的构造板块相互移动但粘住的地方，导致压力在数年甚至数百年内不断积累，直到发生断裂。在南加州，该地区两个最重要的断层系统是圣安德烈亚斯断层和圣哈辛托断层。这两个断层系统共同适应该地区大部分的构造运动。在洛杉矶东北部，两个系统在卡洪山口相互靠近，这一地质复杂的区域可能导致一个断层上的断裂跃迁到另一个断层。自1857年7.9级的福特泰霍恩地震以来，沿着这些断层段的压力持续积累。这一不寻常的长时间静默期引发了科学家对未来可能发生重大地震的担忧。由伯尔尼大学物理研究所空间研究与行星科学部的莉莉安·伯克哈德博士领导的一项新研究，考察了南圣安德烈亚斯和圣哈辛托断层系统沿线1000年的地震活动，以估计卡洪山口的当前压力水平。国际研究团队包括来自夏威夷大学马诺阿分校、美国地质调查局帕萨迪纳的地震科学中心以及加州大学圣地亚哥分校的斯克里普斯海洋研究所的科学家。研究结果表明，该地区的构造压力达到了过去1000年任何时候的水平，甚至在某些地方超过了这一水平。研究人员还引入了一个新概念，将卡洪山口描述为一个“地震之门”，这是一个关键交汇点，可能决定一次大地震是仅限于单一断层，还是同时跨越两个断层系统。该研究发表在《地球物理研究杂志：固体地球》上。重建1000年的地震活动 为了解压力在圣安德烈亚斯和圣哈辛托断层及卡洪山口沿线如何随时间变化，研究团队开发了一种基于物理的四维地震周期模型。该模型在三个维度中模拟断层行为，同时跟踪时间的变化。研究人员为模型提供了基于地质证据的1000年地震历史，包括放射性碳定年、树木年轮记录以及地面断裂的历史观察。伯克哈德解释说：“该模型跟踪每次地震如何改变邻近断层段的压力，如何在事件之间的安静间隔中累积压力，以及在大的断裂后地壳深层是如何缓慢放松的。通过这次模拟，我们可以理解在几个世纪中，断层系统中的压力是如何累积的。” 她继续道：“通过将南加州的地震历史作为模拟运行，我们可以估计当前断层系统的压力程度。”根据结果，该地区的压力水平现在高于模型研究的1000年期间的任何其他时刻。“地震之门”的角色 该研究的一个显著发现涉及卡洪山口作为“地震之门”的角色。研究人员将其描述为一个断层交叉点，这可以影响一次断裂是在一个断层上停止，还是跨越圣安德烈亚斯和圣哈辛托两个系统。过去的地震提供了这两种结果的例子。1857年的福特泰霍恩地震在卡洪山口停止，并没有引发圣哈辛托断层。相比之下，1812年的赖特伍德地震越过了交汇点，通过两个断层系统作为一个单一事件传播。“地震之门概念捕捉了一个重要的关于断层交叉点如何工作的东西，”伯克哈德解释道。“卡洪山口并不仅仅是阻止或引导地震：它响应压力条件，而这些条件在几个世纪中都有所变化。”研究人员发现，关键因素不仅是单个断层上的压力水平。两个断层系统的压力水平之间的接近程度同样重要。当两个断层上的压力都大到相似的高水平时，条件就变得更加有利于发生跨越交汇点并遍布两个系统的大断裂。当压力水平差异显著时，断裂更可能在卡洪山口处停止而不是继续更远。模型估计，圣哈辛托-伯纳迪诺段的压力已达到3.6 MPa，超过了在整个1000年模拟期间记录的任何值。邻近的圣安德烈亚斯断层莫哈维南段当前的压力为2.8 MPa。因为这两个段都经历着高压且相对相似的压力水平，所以断层系统处于一个历史上曾经导致多断层断裂的配置中。“所以，压力达到历史高值不仅令人担忧，”伯克哈德说，“而且这种压力的关系也令人担忧。