以下文章经许可转载自The Conversation，这是一个报道最新研究的在线出版物。
太平洋西北地区以其啤酒、音乐和神秘的大脚生物而闻名。大多数人不会将它与地震联系起来，但他们应该这样做。这里是卡斯卡迪亚超级逆冲断层的所在地，该断层绵延600英里，从北加州一直延伸到加拿大温哥华岛，横跨包括西雅图和俄勒冈州波特兰在内的几个主要都市区。
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这个地质断层在最近的记忆中相对平静。卡斯卡迪亚超级逆冲断层沿线没有发生过多次广泛感受到的地震，当然也没有发生过像1989年洛马普列塔地震这样具有灾难性的事件，那次地震发生在加州活跃的圣安地列斯断层沿线。但这并不意味着它会一直保持平静。科学家们知道它有发生大地震的潜力——甚至达到9级。
地球物理学家十多年前就知道，卡斯卡迪亚超级逆冲断层的各个部分行为不尽相同。北部和南部地区比中部地区的地震活动更为频繁——频繁发生小型地震和地面变形，居民通常不会注意到。但是，为什么会存在这些差异？是什么导致了这些差异？
我们的 研究 试图通过构建地球深处（断层以下100多公里）正在发生的情况的图像来回答这些问题。我们已经识别出在这些活跃区域下方隆起的区域，我们认为这些区域导致了卡斯卡迪亚断层沿线可观察到的差异。
卡斯卡迪亚和“真正的大地震”
卡斯卡迪亚俯冲带是两个构造板块碰撞的区域。胡安·德富卡板块是一个小型海洋板块，正在北美板块下方俯冲，而北美板块是美国大陆的所在地。
俯冲系统——一个构造板块滑到另一个构造板块之上——能够产生世界上已知的最大地震。一个典型的例子是2011年日本东北地震，那次地震震撼了日本。
与其他俯冲带相比，卡斯卡迪亚的地震活动非常平静——但并非完全不活跃。研究表明，该断层在1700年发生了一次9.0级地震。这大约是预测的圣安地列斯地震最大震级的30倍。研究人员认为，我们正处于大约300至500年窗口期内，在此期间可能发生另一次卡斯卡迪亚大地震。
每年，在卡斯卡迪亚北部和南部都会发生许多较小的、无破坏性且无感的事件。然而，在俄勒冈州大部分地区下方的卡斯卡迪亚中部，地震活动非常少。为什么同一断层在不同区域的行为会有所不同？
在过去十年中，科学家们还进行了几项额外的观测，突出了沿断层的变化。
其中一个与板块锁定有关，它告诉我们应力在断层沿线的哪个位置积累。如果构造板块被锁定——也就是说，真的卡在一起且无法相互滑动——应力就会积聚。最终，这种应力可以快速释放为地震，震级取决于破裂的断层区域的大小。
地质学家最近已经能够部署数百个GPS监测站，遍布卡斯卡迪亚地区，以记录板块无法相互滑动而导致的细微地面变形。就像历史地震活动一样，板块锁定在卡斯卡迪亚北部和南部地区更为常见。
地质学家现在也能够观察到难以检测到的地震隆隆声，称为震颤。这些事件发生在几分钟到几周的时间跨度内，比典型的地震持续时间长得多。即使它们可以释放大量的能量，它们也不会引起大的地面运动。研究人员才发现 这些信号 在过去15年，但永久性地震台站已帮助建立了可靠的事件目录。震颤似乎也更集中在断层的北部和南部地区。
是什么原因导致这种情况，使得俄勒冈州下方的区域在所有这些衡量标准下都相对不活跃？为了解释这一点，我们不得不深入观察，深入到地表以下100多公里处的地幔中。
使用远震为地球成像
医生使用电磁波“看到”骨骼等内部结构，而无需打开人体患者进行直接观察。地质学家以非常相似的方式为地球成像。我们不使用X射线，而是使用来自远处6.0级以上地震的地震能量来帮助我们“看到”我们身体上无法到达的特征。这种能量像声波一样在地球的结构中传播。当岩石变热或即使少量部分熔化时，地震波就会减速。通过测量地震波的到达时间，我们创建了3D图像，显示地震波在地球特定部分的传播速度快慢。
为了看到这些信号，我们需要来自地震监测站的记录。更多的传感器提供更好的分辨率和更清晰的图像——但是，当您感兴趣的区域有一半在水下时，收集更多数据可能会成为问题。为了应对这一挑战，我们是一个科学家团队的成员，该团队在美国西部海岸外的海底部署了数百个地震仪，历时四年，从2011年开始。这项名为卡斯卡迪亚倡议的实验是首次以大约50公里的间隔用仪器覆盖整个构造板块。
我们发现的是断层下方的两个异常区域，在这些区域中，地震波的传播速度比预期的要慢。这些异常区域很大，直径约150公里，并且出现在断层的北部和南部地区下方。请记住，研究人员已经在那里观察到活动增加：地震活动、锁定和震颤。有趣的是，在俄勒冈州下方的断层中部，这些异常区域并不存在，而在那里我们看到活动减少。
那么，这些异常区域到底是什么？
构造板块漂浮在地球的岩石地幔层上。在地幔缓慢上升数百万年的地方，岩石会减压。由于它处于如此高的温度下，在100公里深度处接近1500摄氏度，它可能会轻微熔化。
这些物理变化导致异常区域更具浮力——熔化的热岩石比固态的冷岩石密度小。我们认为正是这种浮力影响了上方断层的行为方式。热的、部分熔化的区域向上推压上方的物体，类似于氦气球可能会向上顶起覆盖在它上面的床单的方式。我们认为这增加了两个板块之间的力，导致它们更牢固地耦合，从而更完全地锁定。
对发生地点的总体预测，但不是时间
我们的结果为俯冲带（也可能是其他俯冲带）在数百万年的地质时间尺度上的行为方式提供了新的见解。不幸的是，我们的结果无法预测下一次卡斯卡迪亚超级逆冲区大地震何时会发生。这将需要更多的研究，以及对俯冲带的密集主动监测，包括陆上和海上，使用地震和类似GPS的台站来捕捉短期现象。
我们的工作确实表明，大型地震更有可能在断层的北部或南部地区开始，那里的板块更完全锁定，并给出了可能解释这种情况的原因。
对于公众和政策制定者来说，重要的是要随时了解与俯冲带断层共存所涉及的潜在风险，并支持诸如地震预警等项目，这些项目旨在扩大我们的监测能力，并在发生大型破裂事件时减轻损失。
本文最初发表于The Conversation。阅读原文。