南加州最重要的两个断层系统是圣安德烈亚斯断层和圣哈辛托断层。它们共同承受了该地区大部分的构造运动。在洛杉矶东北部，这两个系统在卡洪山口（Cajon Pass）交汇——这是一个复杂的地质结合部，在适宜的条件下，沿一条断层传播的破裂可能会继续延伸至另一条断层上。
这种可能性至关重要，因为自1857年发生7.9级特洪堡（Fort Tejon）地震以来，大洛杉矶地区尚未经历过类似的大地震。在这段漫长的平静期内，构造应力沿着断层系统的部分地区持续积累，引发了关于未来大破裂可能如何展开的长期疑问。
加州断层应力达到极高水平
伯尔尼大学物理研究所空间研究与行星科学部（WP）的莉莉安·伯克哈德（Liliane Burkhard）博士领导的一项新研究，现在对这一风险进行了更长远的审视。一个国际团队对南圣安德烈亚斯和圣哈辛托断层系统约1000年的地震活动进行了建模，以估计目前集中在卡洪山口周围的应力大小。
该研究还汇集了来自马诺阿夏威夷大学、位于帕萨迪纳的美国地质调查局地震科学中心以及加州大学圣地亚哥分校斯克里普斯海洋研究所的科学家。
他们的结果表明，该系统部分区域的构造应力已经达到，并在某些位置超过了该模型1000年历史中发现的最高值。
研究人员还将卡洪山口描述为一个“地震之门”：这是一个断层交汇处，可能有助于决定大地震是局限于单一断层，还是继续跨越两个断层系统。该研究刚刚发表在《地球物理学研究杂志：固体地球》（Journal of Geophysical Research: Solid Earth）上。
对1000年地震活动进行建模
为了重建几个世纪以来应力的变化方式，研究人员开发了一个基于物理的四维地震周期模型。在实际应用中，该模型模拟了三维空间中发生的情况，同时追踪断层系统随时间的变化。
随后，团队整合了由多种证据汇编而成的过去1000年的地震记录。这些证据包括放射性碳测年法、树木年轮中记录的异常模式，以及描述地表破裂的历史记录。
“该模型追踪了每次地震如何改变相邻断层段的应力，应力在事件之间的平静期如何积累，以及地壳深层在大破裂后如何缓慢松弛，”伯克哈德解释道。“这项模拟使我们能够了解断层系统中的应力是如何在几个世纪内积累起来的，”伯克哈德继续说道。“通过将南加州的地震历史作为模拟运行，我们可以估计当今断层系统已经承受应力的程度。”
根据该模型，该地区目前的应力处于过去1000年来的最高水平。
为什么卡洪山口像“地震之门”一样起作用
该研究的核心发现之一涉及当破裂到达卡洪山口时会发生什么。
该交汇处并不像一个简单的屏障那样运作。根据周围断层的应力状态，它可能会阻止破裂，也可能会允许破裂从一个断层系统继续延伸到另一个断层系统。
过去的地震证明了这两种可能性。在1857年的特洪堡地震中，破裂在卡洪山口停止，没有继续延伸到圣哈辛托断层。相比之下，1812年的赖特伍德（Wrightwood）地震则穿过了该交汇处，并在一次贯穿性事件中使两个系统都发生了破裂。
“地震之门的概念抓住了断层交汇处运作方式的重要特征，”伯克哈德解释道。“卡洪山口并不只是简单地阻挡或引导地震：它对应力条件作出反应，而这些条件在几个世纪中会发生变化。”
两条断层正在同时承受应力
单个断层上的应力大小只是问题的一部分。
研究人员发现，两个断层系统之间应力水平的关系可能尤为重要。如果两条断层同时处于高应力状态，条件可能会变得更有利于破裂穿过卡洪山口并继续贯穿两个系统。
相反，如果应力水平在不同的时间上升，地震破裂则更有可能在交汇处停止。
该模型目前将圣哈辛托-圣贝纳迪诺（San Jacinto-Bernardino）段的应力设定为3.6 MPa，这高于1000年模拟期间其他任何地方达到的数值。MPa代表兆帕，是科学家用来测量压力或机械应力的单位。
在附近的圣安德烈亚斯断层莫哈韦南段（Mojave South section），模拟应力已达到2.8 MPa。
这意味着两个断层段都承受着异常高且相对相似的应力水平。据研究人员称，这种构型类似于模型中过去跨越两个断层系统的破裂之前所见的条件。
“因此，令人担忧的不仅是应力正在达到历史最高水平，”伯克哈德说，“而且两个断层系统之间的相对应力条件正在接近我们认为与同时跨越两条断层的大破裂相关的范围——而这种情况对该地区将造成大得多的后果。”
为什么联合破裂可能产生更广泛的后果
穿过卡洪山口并涉及圣安德烈亚斯断层和圣哈辛托断层的破裂，其影响范围可能比仅限于单一断层的地震大得多。
周边地区包括该国人口最稠密、最依赖基础设施的部分地区。可能受影响的地区包括大洛杉矶地区、圣贝纳迪诺、里弗赛德和科切拉山谷（Coachella Valley）。
卡洪山口本身也是一个主要的交通和基础设施走廊。高速公路、铁路和能源基础设施都穿过该地区，使得该交汇处不仅从地质角度来看很重要，而且对应急规划也很重要。
“下一次大地震何时以及如何在该地区发生，是应用地球科学中最紧迫的问题之一。我们的结果为断层系统当前的应力状态提供了一幅更JianCe的、基于物理的图景，而且我们开发的框架不仅适用于加州，也适用于全球其他复杂的断层交汇处，”伯克哈德说。
高应力并不意味着地震迫在眉睫
研究人员强调，他们的发现不应被解释为对地震日期的预测。
即使断层处于高应力状态，科学家也无法利用该信息准确确定破裂何时发生。相反，该模型有助于揭示在断层系统当前状态下，哪些地震情景在物理上是合理的。
伯克哈德强调：“这项研究并不是对地震何时发生的预测。我们可以说的是，该系统处于临界应力状态，像我们这样的基于物理的模型为我们应该准备应对的情景范围提供了更JianCe的图景。这些信息对于灾害评估、基础设施规划和应急准备非常重要。”