科学家发现了一次“本不该存在”的深源地震

1979年2月24日清晨，犹他州靠近爱达荷州和怀俄明州边界的兰道夫镇地下发生地震。虽然震级为3.8，但没有人报告感到震动。地震记录中的波形也显得异常，促使人们进一步研究。当时，犹他大学博士后研究人员乔治·赞特分析数据后计算得出，这场地震的震源大约在海平面以下90公里处，已经深入上地幔，位于地壳之下，而科学家通常并不认为那里会发生地震。赞特后来长期在亚利桑那大学地质系任教。他说，很深的位置解释了为什么地表的人没有感觉到；他还做了其他分析，使自己确认震源确实很深，但很难说服别人相信，在原本不应发生地震的区域出现了异常的地幔地震。几十年后，旧数据揭示出一种规律。赞特曾把这一发现写成简短摘要，发表在《地震简报》中，但几乎没人注意。多年以后，犹他大学研究人员重新审视了1979年的原始地震记录。由地质学教授基思·科珀带领的团队，重新分析了1979年地震以及另外八个疑似深源地震的波形数据；这些事件发生在犹他州北部和怀俄明州西南部。他们的分析确认，这九次地震都起源于地壳以下，为科学家所说的大陆上幔地震（CMEs）提供了有力证据。2025年9月10日，犹他州尤因塔盆地梅瑟附近又发生一次深源地震，使这一发现更加重要。这次地震震级4.1，震源大约在地表以下68公里。其震源位于莫霍不连续面以下20多公里。莫霍不连续面通常简称莫霍面，是地壳和下方地幔的分界。在一项发表于《地震记录》的单独研究中，研究人员把梅瑟地震称为典型的大陆上幔事件。这些深源地震发生在很不寻常的环境中。与常见地震不同，它们处在极高温和高压之下。通常人们认为，在这个深度的岩石会缓慢变形流动，而不会突然破裂。科珀说，这是一次在非常特殊条件下开始发生的地震，温度高、压力大，那个深度的几乎全部材料都会流动；在百万年的长时间尺度上，岩石更像太妃糖。不过，人们仍可以在后来回到地表的岩石中，看到它们曾经被拉伸的证据。赞特也重新投入工作，参与这项新研究，并列为合作作者。地震学家要确定地震从哪里开始，会研究地表仪器记录到的不同地震波的传播时间。不同波到达时间的小差异能帮助定位震源。犹他大学地震台站保存了数十年的地震记录，形成了可供现代分析利用的重要档案。研究生肖恩·哈钦斯利用这些档案研究已知深源地震，并识别出一些过去被归为地壳地震、实际上可能更深的事件。科珀说，从基础物理角度看，这些地震到底如何发生仍是谜题；另一个重要原因是，人们不知道它们最大可以达到多少震级。对于地壳地震，科学家可以测量近地表可见断层，量测断层段长度，从而估计其最大可能规模，并用于地震危险性分析。研究发现，这些深源地震具有几个特征：它们通常独自发生，没有浅源地震常见的前震和余震；它们集中在怀俄明克拉通西缘附近，而且发生在温度常常超过700摄氏度的区域。怀俄明克拉通是一块古老而稳定的岩石圈块体，延伸到怀俄明州和邻近州部分区域下方。科珀把克拉通比作冰山：它并非漂浮在海洋中，而是像船底的龙骨一样向下伸入地幔。怀俄明克拉通位于构造活动活跃的北美西部和相对稳定的北美板块内部之间，在地质时间里经历了显著侵蚀。因此它的结构并不均匀，岩石圈越往爱达荷州和犹他州方向越薄。新确认的深源地震正发生在这一过渡带。科珀说，在百万年尺度上，地幔会撞击克拉通，然后绕过它流动。正是地幔流被坚硬的克拉通根部偏转，造成更高的应变率和更多的变形，同时产生额外应力。他们认为是这种克拉通根与周围地幔之间的相互作用导致了这些地震。相关研究于4月10日发表在《地震记录》，题为《2025年9月10日美国犹他州东北部4.1级地震：一次典型的大陆上幔事件》；又于5月5日发表在《地球物理研究通讯》，题为《怀俄明克拉通边缘的上地幔地震》。其他合作作者包括犹他大学地质与地球物理系的肖恩·哈钦斯、Fan-Chi Lin、Qicheng Zeng、Relu Burlacu、Katherine Whidden和Valerie Springer。该研究由犹他州、美国能源部和美国地质调查局资助。