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当蠕变变非定常时

类别:加州|地震断层和断层|圣安德烈亚斯断层

2018年6月19日

圣安德烈亚斯断层无疑是加州最突出的地震断层。在地图上,它通常被描绘成一条连续的线,从南部的索尔顿海一直延伸到北加州的门多西诺角。欧宝娱乐地址这样一个简单的表示表明,该断层在其700多英里的整个长度上是一个具有相同特征的均匀实体。然而,事实并非如此。圣安德烈亚斯断层是分段的,每个部分都有自己的地震特性。

加州地图显示圣安德烈亚斯断层

图1:圣安德烈亚斯断层并不是一条简单的地下线。它是分段的。(来源:ASU)

图1显示了这些片段的一个示例。在过去一个半世纪的大地震中,这两个用红色标出的部分发生了破裂。1906年,“旧金山大地震”破坏了圣安德烈亚斯断层的北段,造成了高达18英尺的偏移。大约50年前,特乔恩堡地震撕裂了卡里佐平原和洛杉矶东部圣贝纳迪诺地区之间的部分。自17世纪以来,该断层最南端(黑色标记)就没有发生过任何重大地震活动,这让南加州的地震学家和救灾人员一直忧心忡忡。这是因为在如此长时间的中断之后,一场大地震给人口稠密的洛杉矶地区带来了严重的后果似乎太过时了

断层的中心部分(用绿色标记)显示了完全不同的行为。这段位于圣胡安包蒂斯塔和帕克菲尔德之间的80英里长的路段被称为“爬行段”。爬行意味着与板块运动相关的机械应力不会储存在岩石中,直到它在一次大地震中破裂。相反,能量或多或少地持续释放。在Pinnacles国家公园附近的Tres Pinos小镇南部的25号高速公路上,你可以看到这种爬行的证据。在那里,这道断层在许多地方交叉贯通。它的蠕动破坏了沥青的典型交错模式,地震学家称之为“梯级裂缝”。

圣胡安包蒂斯塔和帕克菲尔德之间的红色和蓝色阴影卫星地图

图2:近十年的雷达卫星测量沿圣安德烈亚斯断层中心部分的地面运动显示在这里。红色表示向东南方向移动,蓝色表示向西北方向相对移动。颜色的深度表示平均速度,可以达到每年3厘米。(来源:ASU)

来自坦佩亚利桑那州立大学的两名研究人员现在发现,在过去的几十年里,这种蠕变不是持续和稳定的,而是一次又一次地发生。Mostafa Khoshmanesh和Manoochehr Shirzaei发现,有时爬行部分的断层两侧会静止几个月。其他时候,它们以每年大约4英寸的速度“赛跑”。综合起来,这导致了平均每年移动超过1英寸。

他们通过分析雷达卫星的数据发现了爬行部分的阴阳运动,雷达卫星每年都会对该区域进行几次测量。结合每次飞越所获得的信息,他们用一种称为“地球表面运动”的数字技术生成了地球表面运动的详细地图“InSAR”。图2显示了近10年的平均移动。

为什么这些发现很重要?如果蠕变的速度确实是恒定的——正如迄今为止所假定的那样——圣安德烈亚斯断层的中心部分将在其各自的交汇点上产生一个稳定的机械应力转移到相邻部分。相比之下,速度可变的蠕变意味着施加在相邻部分上的应力随时间而变化。这反过来又会改变邻近地区引发地震的可能性。因此,Khoshmanesh和Shirzaei认为,这些变化应该在计算来自圣安德烈亚斯断层不同区段的地震危险性时发挥作用。在快速蠕变的时候,危险可能比目前假定的要高。(hra156)

有关爬行段的研究可在此找到:https://www.nature.com/articles/s41561-018-0160-2