圣安德烈斯断层纵横加利福尼亚州，长达750英里。在那里，北美板块和太平洋板块这两个巨大的构造板块相互挤压。当这些板块发生错动和滑动时，生活在地面上的人们可能会遭受毁灭性的地震。
理解这些地震的关键可能就隐藏在断层的危险区域内，隐藏在门洛帕克一座不起眼的办公楼的玻璃幕墙后面。门洛帕克是旧金山半岛上的一个郊区。那里是美国地质调查局的区域办事处，负责地震危险数据的保管。多亏了在这座大楼里工作的地质学家，这条断层是地球上研究得最多的断层之一。
然而，我们对地表以下地球运作方式的理解远未完善。为了拼凑出这幅图景，科学家们正在回顾数百万年前的过去。两个研究小组的发现——发表在两篇论文中，一篇发表在《科学进展》上，另一篇发表在《地质学》上——可能会帮助我们更好地了解地震发生在哪里。
模拟山脉的移动
门洛帕克坐落在圣克鲁斯山脉的阴影下。这些山峰像龙的脊背一样崎岖，以其葡萄园而闻名，将硅谷的蔓延与太平洋隔开。
在地质时间尺度上，这些山脉还很年轻：地质学家认为这些山脉大约在400万年前开始隆起。它们坐落在一个圣安德烈斯断层弯曲的“结”上。地质学家认为，那个弯曲促使山脉在一系列漫长的地震中向上隆起。然而，究竟是什么样的地震导致了这种隆起，仍然模糊不清。
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幸运的是，湾区科学家们几十年来一直在测量地震和收集岩石样本。并非所有数据都能契合，但它们仍然使该地区“成为回答这些问题的一些首要的自然实验室之一，”斯坦福大学地质学家、乔治·希利（George Hilley）说，他是《科学进展》论文的作者之一。该小组还收集了自己的数据：他们对岩石进行了氦采样，氦是一种元素，可以告诉地质学家岩石是在什么温度下形成的，以及是在多久以前形成的。
利用这些数据，希利、他的研究生柯蒂斯·巴登（Curtis Baden）以及他们的同事创建了一个计算模型，这是第一个依赖动态物理学的地质模型，用于演示山脉是如何形成的。他们利用工程师使用的软件来研究材料如何承受各种载荷。因此，他们的模型能够展示在地震导致山脉隆起时，岩石可能如何弯曲、断裂和变形。
他们的模拟显示了一些令人惊讶的结果。“至少如果模型是可信的话，大部分的山体建造实际上可能发生在地震之间，而不是地震本身，”希利说。
在大多数断层中，移动的构造板块试图相互挤压。几十年甚至几个世纪，它们会悄悄地持续施压，在边界处积聚能量。
不可避免地，有些东西会断裂。所有这些能量都会以一次突然的震动释放出来：一场地震。但根据这些模拟，在两次地震之间，能量也可以用于建造山脉。
作者说，这些模拟数据可以帮助填补其他观测数据不匹配的空白。
一项地震考古的壮举
从湾区向东南飞约一百英里，到宾纳克尔斯国家公园附近，圣安德烈斯断层的性质发生了变化。这里的强烈地震远不如北部或南部频繁，后者断层经过洛杉矶、内陆帝国和棕榈泉。
这是因为圣安德烈斯断层这一部分与其他部分不同。在这里，北美板块和太平洋板块持续缓慢地相互滑动，而没有积聚导致剧烈地震的应力。地球物理学家称之为“蠕滑”断层。
中央圣安德烈斯断层可能出现一系列相对无害的小型地震，但在有记录的历史中——至少在过去的2000年里——没有发生过“大地震”。但仅仅因为中央圣安德烈斯断层现在是一条蠕滑断层，并不意味着它过去一直是如此。科学家们想剥开岩石，窥探它的过去。
他们依赖于生物标志物：生物体在岩石记录中留下的残骸，在高温下发生化学转化。这就是石油和天然气是如何形成的，石油和天然气勘探者非常熟悉使用生物标志物作为搜索工具的想法。
加州大学圣克鲁斯分校的地震学家、希瑟·萨维奇（Heather Savage）说：“我们所做的就是把这个想法颠倒过来。‘如果在断层带中有一些有机分子，它们在地震期间只会经历几秒钟的高温，但可能会变得非常热，所以我们仍然应该看到其中一些反应发生。’”
科学家们钻探至地表以下近10500英尺（3200米）深处，发现了表明过去曾发生过剧烈活动的生物标志物。这条平静的断层曾经被无数次地震撕裂。科学家们发现了至少100次地震的证据，其中一些地震的震级可能高达里氏7级：比加利福尼亚近期记忆中的1989年洛马普列塔地震和1994年北岭地震还要强烈。
萨维奇说：“据我们所知，在这项工作之前，我们并不知道在这个蠕滑地带会发生如此强烈的地震。”
这些地震可能发生在几千年前到320万年前之间；萨维奇和她的同事们现在正试图更精确地确定这些地震的时间。但这是一个迹象，表明这条断层远没有看起来那么平静。如果它过去曾经剧烈断裂，那么现在仍然存在剧烈断裂的条件。
从地震学到抗震改造
了解圣安德烈斯断层的历史不仅仅是为了描绘数百万年前地面树懒和剑齿虎漫步大地时的加利福尼亚景象。这条断层穿过北美最大的两个城市区域，其地震使数千万人面临风险。
地质学家希望他们的研究能够在那个美国地质调查局办公室的墙壁后面，为更好地评估地震如何威胁建筑物和生命提供信息。
当地震专家评估特定区域的地震危险时，会考虑几种不同的数据类型：卫星测量的地球形状、过去的地震模式或断层的长期历史。有时——例如今天的圣克鲁斯山脉——这些数据并不一致。希利希望他的团队的模型能够通过展示这些数据如何与相同的过程联系起来，来调和这些分歧。
中央圣安德烈斯断层研究可以为加州中部地区的风险模型增加细微差别。萨维奇说：“我希望我们的工作能够表明，事实上，我们确实在这个地带看到了地震，以及许多地震的证据。”
