“完全令人惊讶”——地质学家发现了致命的西雅图断层的新起源故事

磁学证据表明，危险的西雅图裂谷带可能是由五千万年前大陆边缘一分为二而产生的，这为裂谷的形成提供了一个可能的新解释。

西雅图断层带由一系列浅层断层组成，这些断层穿过普吉特湾的低地，对该地区超过 400 万人构成毁灭性地震的风险。 最近的一项研究为断层系统的初始形成提供了新的视角，旨在加强对这一人口稠密地区潜在危险的预测和理解。 该研究发表于 构造学，阿拉伯海湾大学的研究期刊，探讨地壳和上地幔的演化、结构和变化。

由于西部和南部持续的构造变形对该地区施加了力量，西雅图断层今天很活跃，但情况并非总是如此。 始新世的华盛顿看起来与今天有所不同，海岸线位于今天西雅图以东的地方，一系列火山岛点缀在近海地平线上。

研究表明，大约5500万年前，这条岛链被拉向大陆。 当它与北美板块相撞时，它的一部分上升到地壳之上，而其余的则被吸到地壳下面。 在这两部分之间，地壳承受着巨大的压力并被撕裂。 该研究的作者假设，这个古老的撕裂带为现代西雅图断层奠定了地质阶段。

“这完全是一个惊喜，”华盛顿地质调查局的地球物理学家、该研究的主要作者梅根·安德森说。 “这不是我们最初想要寻找的东西，但我们的结果预测今天存在着像西雅图断层一样大的古老断层。”

现代西雅图断层带直接穿过人口稠密的普吉特低地，包括西雅图及其都会区。 根据一项新的构造研究，五千万年前，这片大陆在这里一分为二，为现代裂谷铺平了地质道路。 图片来源：华盛顿地质调查局。

一个巨大的谜团

西北太平洋位于卡斯卡迪亚俯冲带的内陆，那里致密的洋壳被拉向大陆下方。 1700 年，大约 1,000 公里（620 英里）长的俯冲带发生了 8.7 至 9.2 级的大地震； 整个 20 世纪该地区曾发生过几次较小的地震，最近一次是 2001 年尼斯夸利地震。西雅图断层 它在公元 923-924 年被明显撕裂，基于普吉特海湾沿岸当地土著口头传统和地质证据。

尽管该地区存在地震活动，但科学家们直到 20 世纪 90 年代才开始认真研究西雅图断层带。

安德森说：“西雅图断层的不确定性比圣安德烈亚斯断层要多得多。” “西雅图断层可能会产生 7.2 级地震，我们希望为此做好准备。还有很多东西需要学习，以便工程地质学家能够更好地进行地震模拟并了解我们社区的潜在风险。”

之前确定西雅图断层深度几何形状的工作主要依赖于地震数据，即通过地下岩层传播并反射的声波。 这些数据揭示了地震学家和地质学家不同解释的断层和地质结构。 他们知道该地区包含一个主要断层带，但科学家们提出了不同的方法来连接断层的各个部分、断层的深度以及穿过岩石的陡度。

安德森和她的同事开始测试当前关于断层带几何形状的假设，绘制了华盛顿州西部数公里深的岩石图，并绘制了该地区地质结构的更完整图景。 地球表面的重力和磁场根据岩石的密度和成分而变化，因此安德森整理了华盛顿州西部的数据并将其与地震数据联系起来。 研究人员还从与古代断层和山脉系统不同部分相对应的地质构造中收集了岩石样本。

华盛顿州西部航空收集的磁数据（背景颜色）显示，现代西雅图断层两侧的断层（黑线）方向不同，表明南北方向存在明显的分离。 一项新的构造研究的作者假设，俯冲和俯冲（下沉和增生）物质之间可能因应力而形成大规模破裂。 图片来源：由 Anderson 等人/Tectonics 修改

研究人员使用计算机模型来查看哪些假设（如果有的话）符合重力、磁力和地震数据。 重力数据没有显示出复杂的模式，但磁性数据揭示了已经丢失的关键秘密地震数据：在地壳深处，岩石不断地在或多或少的磁性之间交替，表明不同岩石类型的倾斜层。 在地图视图中，西雅图断层带拐角两侧的地物彼此相距较远； 在西雅图断裂带以北，这些结构面向西北偏北，而在南部，它们则面向东北偏北。

这些不稳定的趋势让安德森停了下来； 他们暗示存在一座古老的山脉，但为了验证这一点，安德森需要将地图视图数据与更深的岩石进行匹配。 为了将地图视图与已知的更深的地下室地质联系起来，安德森设计了地下岩石的垂直模型，并发现其中一些结构也在地下向不同方向倾斜。

“这些都是非常不同的趋势，”安德森说。 “这很难做到，除非有一个地方可以将结构拆开然后重新组装起来。”

安德森为西雅图断层带的早期历史及其今天重新激活的原因找到了可能的新解释。

地壳连续性的破裂

数据表明，大约5500万年前，当俯冲带向下拖拽一连串海洋岛屿时，岛链的北半部被俯冲，但南半部被添加到地壳顶部，或者被遮蔽。 。 几百万年来，随着岛屿被遮蔽，它们塌陷成一条折叠和冲断的山脉带，其地形类似于今天阿巴拉契亚的蓝岭山脉。

岛屿从淹没到增生的区域将承受难以置信的压力并被撕裂。

安德森说：“这将是一种缓慢而稳定的破裂，几乎就像一个贝壳自行破裂一样。” “随着病情的进展，撕裂断层变得越来越长。”

这个“断裂”区域与现代西雅图断层带完全重叠。

岛屿与大陆相撞后，严重的破裂本来可以停止，但损害已经造成。 强烈破裂带形成了破碎而脆弱的地壳，为现代西雅图断层带奠定了地质阶段。

除了为断层带存在的原因提供可能的解释外，华盛顿古代断层几何和地质结构的研究结果还提供了有关西雅图盆地下方和内部基岩的宝贵细节。 这个盆地充满了数公里长的松散沉积岩，增加了地震地面震动的强度，新数据可以帮助科学家对该地区未来的地面震动建立更准确的模型。

安德森很高兴接下来能利用她的发现来研究华盛顿西部的活动断层。

安德森说：“揭示这个埋藏的构造故事非常有趣，现在它将为返回回答我们关于西雅图断层和华盛顿西部其他断层的活动断层的几何形状的最初问题提供良好的基础。”

参考文献：“普吉特低地西利切西亚的深层结构：用势场对模糊高原和增生冲断带进行成像”，作者：M. L. Anderson、R. J. Blakely、R. Wells 和 J. D. Dragovic，2024 年 2 月 6 日， 构造学。
编号：10.1029/2022TC007720