在東太平洋深處，距離厄瓜多約 1,000 英里外的海床上，一個斷層至少在過去 30 年來，以驚人的規律性產生規模 6 的地震。這些地震大約每五到六年發生一次，反覆在幾乎相同的斷層區段破裂，並達到幾乎相同的規模。
這種一致性在地震科學中極為罕見，研究人員長期以來一直難以解釋這種模式為何能如此可靠地持續下去。
現在，科學家表示他們終於找到了原因。一項發表在《科學》期刊上的新研究顯示，斷層內部的特殊區域充當天然煞車系統，反覆阻止地震擴大。
「我們早就知道這些屏障的存在，但問題一直是，它們是由什麼組成的？為何它們能週期復週期地如此可靠地阻止地震？」該研究的主要作者、印第安納大學伯明頓分校藝術與科學學院地球與大氣科學助理教授 Jianhua Gong 說。
Gong 與來自伍茲霍爾海洋研究所、加州大學聖地牙哥分校斯克里普斯海洋研究所、美國地質調查局、波士頓學院、德拉瓦大學、西部華盛頓大學、新罕布夏大學和麥吉爾大學的研究人員合作。他們共同聚焦於位於厄瓜多西海岸東太平洋隆起線上的 Gofar 轉換斷層，試圖解開這些重複性水下地震數十年來的謎團。
Gofar 斷層及其重複性地震
Gofar 斷層是海底深處的一個斷裂帶，太平洋板塊和納茲卡板塊在此以每年約 140 毫米的速度相互滑動，速度大約與指甲生長的速度相當。轉換斷層是板塊相互水平移動的區域，而 Gofar 斷層已成為海底研究最深入的範例之一。
這個斷層特別不尋常之處在於，其較大的地震不斷在幾乎相同的位置開始和停止。在主要地震發生的區段之間，斷層有較安靜的延伸部分，似乎能在不產生大規模破裂的情況下吸收應力。科學家將這些區域稱為「屏障」，但直到現在，它們的確切作用仍不明確。
為了進行調查，研究人員使用了兩次主要海底實驗收集的資訊，一次在 2008 年進行，另一次在 2019 年至 2022 年之間進行。在這些任務中，科學家們將海底地震儀（一種用於直接偵測海底地震的儀器）放置在 Gofar 斷層的兩個部分。
這些儀器捕捉到在兩次規模 6 的主要事件之前和之後發生的數萬次微小地震。這讓研究人員能夠極為詳細地了解斷層在主要破裂之前、之中和之後的行為。
隱藏在海底深處的「屏障區」
該團隊在兩個屏障區域都發現了驚人相似的模式。在一次主要地震發生前的幾天到幾週內，屏障區會出現微小地震活動的爆發。在較大地震發生後，這些相同區域幾乎完全變得安靜。
由於這種行為出現在相隔 12 年研究的兩個獨立斷層區段，研究人員得出結論，這兩種情況都是由相同的物理過程造成的。
根據研究，這些屏障並非不活躍的岩石區段。相反地，它們是高度複雜的區域，斷層在此分裂成多股。這些股斷層之間的橫向偏移，範圍從 100 到 400 米不等，會在斷層結構內產生局部開口，類似於裂縫內的小縫隙。
研究人員還發現證據顯示，海水會滲入這些破碎區域的深處。這種異常的幾何結構和被困的流體共同創造了「擴張強化」過程的條件。
天然地震「煞車」如何運作
在一次大地震中，斷層沿線的突然移動會導致充滿流體的岩石內部壓力迅速下降。當這種情況發生時，多孔岩石會暫時鎖定，減緩或阻止破裂繼續擴散並變得更大。
實際上，屏障區就像斷層內建的煞車一樣。
「這些屏障不僅僅是景觀的被動特徵，」Gong 解釋道。「它們是斷層系統中活躍、動態的部分，了解它們如何運作，改變了我們對這些斷層地震極限的看法。」
Gofar 斷層遠離人口稠密的海岸線，因此地震本身對人們的直接威脅很小。然而，這些發現可能對全球地震科學產生更廣泛的影響。
對地震預測的啟示
類似 Gofar 的轉換斷層遍布地球的海洋。科學家們長期以來注意到，這些斷層上的水下地震通常比地質條件允許的規模要小，彷彿某種自然機制限制了它們的最大規模。
這項新研究表明，類似 Gofar 的屏障區可能在海底廣泛存在。如果屬實，它們可能構成一個廣泛的天然地震煞車系統，阻止某些破裂升級為更大的事件。
研究人員表示，這項發現可以改善用於評估全球水下斷層地震危害的地震模型，包括靠近主要沿海人口地區的區域。
