南加州地下应力水平逼近千年高位 潜藏巨大风险

自1857年震级7.9的福特泰洪地震以来，洛杉矶地区再未经历类似规模的大地震，但深部地壳中的应力持续缓慢积累。这段长时间的“相对平静”在研究人员看来并不意味着安全，而是潜在风险不断攀升的信号。最新研究由伯尔尼大学物理研究所空间研究与行星科学部门的莉莉安娜·布尔克哈德博士领衔，联合夏威夷大学马诺阿分校、美国地质调查局帕萨迪纳地震科学中心以及加州大学圣迭戈分校斯克里普斯海洋研究所等机构共同完成。

团队构建了一个“四维”的地震循环物理模型，用以模拟断层在三维空间与时间上的演化过程，并向模型输入了约千年的地震事件序列。这一历史记录来自多种地质与环境线索，包括放射性碳年代测定、年轮异常以及历史地表破裂记载等，从而尽可能还原大型地震发生的时间和规模。模型逐次追踪每一次地震对邻近断层段应力分布的改变，记录地震间歇期应力的持续积累，并模拟地壳较深部位在大地震之后的缓慢松弛过程。

模拟结果显示，目前南加州相关断层的构造应力已达到甚至超过过去一千年中的最高水平。研究特别提出卡洪山口是一个典型的“地震之门”，即这种断层交汇区在关键时刻会决定一次大型破裂究竟止步于某一条断层，还是贯穿两套断层系统，演变成规模更大的联动事件。历史上，两种情形都曾出现：1812年的赖特伍德地震穿过卡洪山口，连续破裂了圣安德烈斯与圣哈辛托两条断层；而1857年的福特泰洪地震则在此处终止，未继续波及圣哈辛托断层。

布尔克哈德指出，卡洪山口并非简单地“阻挡”或“引导”地震，而是对不断变化的应力状态作出响应。研究发现，决定破裂是否可以跨越“地震之门”的关键，不仅在于某一条断层上的应力大小，更在于两套断层系统的应力是否同步升高。当圣安德烈斯断层与圣哈辛托断层同时处于高应力状态，并且应力量级相近时，更有利于形成跨越两者的大型贯通破裂；相反，如果两者应力不同步，破裂更可能在交汇处终止。

根据当前模型估算，圣哈辛托－伯纳迪诺段上的库仑应力约为3.6兆帕，高于模拟一千年中出现过的任何数值。与之相邻的圣安德烈斯断层莫哈韦南段应力约为2.8兆帕，同样处于高位且与前者差距不大。这种两条断层段同时高度受载且应力相近的格局，在过去记录中往往对应于跨越两套断层的大型破裂事件，这令研究团队对未来区域地震情景尤为警惕。

如果未来一次大地震的破裂从圣安德烈斯或圣哈辛托断层一侧起始，并成功跨过卡洪山口联动两套断层，其影响将远超局限于单一断层的事件。受威胁区域包括美国人口最稠密、基础设施最集中的一些走廊，如大洛杉矶地区、圣伯纳迪诺、里弗赛德以及科切拉谷等。卡洪山口本身是重要交通要道，承载多条高速公路、铁路以及能源输送干线，一旦遭遇贯通性破裂，将对交通和能源网络造成严重冲击。

布尔克哈德表示，何时以及以何种方式发生下一次南加州大型地震，是应用地球科学领域最紧迫的问题之一。团队开发的物理模型为当前断层系统的应力状态提供了更清晰的量化图景，并且这一分析框架不仅适用于加州，也可推广到全球其他复杂断层交汇区，用于评估潜在地震风险。她同时强调，本研究并非对地震发生时间的直接预报，而是指出目前系统已处于“临界受载”状态，各种可能情景需要纳入防灾减灾规划之中。

在研究者看来，通过类似的物理建模手段，人们可以更好地理解长期构造应力的积累过程以及关键断层交汇区的“门控”作用，从而为危险性评估、基础设施选址与加固以及应急准备提供科学依据。相关论文以“卡洪山口与南圣安德烈斯断层系统：地震循环应力累积与当今受载状态”为题，刊登于《地球物理研究杂志：固体地球》上，由伯尔尼大学及多家美国研究机构联合署名，并获得加州州级地震中心及美国国家科学基金会等多方资助