板块的几何形态与相对运动模式，是评估地震危险性和理解断层相互作用的物理基础。位于北美西海岸的门多西诺三联点（Mendocino Triple Junction），作为太平洋板块、北美板块和戈尔达板块（胡安-德富卡板块南部）的交汇处，构成了圣安德烈斯走滑断裂系统（转换边界）与卡斯卡迪亚俯冲带（汇聚边界）之间复杂的构造分界区域（Atwater,1970; McKenzie, 1969）。长期以来，对其深部构造的认识存在两种竞争性模型：一种认为向南俯冲的戈尔达板块后方已形成“板片缺口”，导致软流圈物质上涌（Dickinson et al., 1979）；另一种则认为，一个古老的“先锋碎片”（古法拉隆板块的残余）被太平洋板块捕获，并随之向北迁移，填充于戈尔达板块南缘之下（Bohannon and Parsons,1995）。这两种模型对板块边界形态、深部过程及潜在地震风险的预测截然不同，但由于缺乏直接约束该碎片现今运动状态的关键证据，相关争议长期悬而未决。
探测地球深部隐伏构造的传统方法主要依赖地震波层析成像。这类技术能提供地下结构的静态“快照”，却难以揭示板块碎片实时的运动方向与方式。近年来，地震学领域取得一项重要进展：研究者发现了一种特殊的与断层带缓慢滑动密切相关的低频地震与构造性震颤。这类信号因其复发周期短、定位精度高的特性，可作为监测深部微弱变形、动态追踪断层活动的独特“示踪剂”（Obara, 2002; Rogers and Dragert, 2003; Beroza and Ide, 2011）。借助这一新工具，近期研究在门多西诺三联点下方约22-29公里深度，识别出一个偏离主俯冲带、呈北东向倾斜的异常低频地震带（Wech, 2021; Shelly et al., 2025)。该低频地震带的几何形态强烈暗示其可能对应着一条隐伏的高滑动速率板块边界。然而，其滑动性质——即该边界以何种机制活动，这一决定其构造归属与动力学意义的核心问题，迄今尚未破解。
为破解这一谜题，美国地质调查局地震科学中心David Shelly博士团队在Science上发表了突破性研究成果（Shelly et al., 2026）。他们通过两项互补的创新性分析，首次精确揭示了这些低频地震的滑动机制。第一项是震源机制反演。由于单个低频地震信号微弱，传统方法难以应用，团队开创性地采用“与邻近已知极性地震的P波初动对比”策略，成功计算出27个低频地震家族的综合震源机制解。结果清晰显示，它们一致对应右旋走滑断层机制（图1）。第二项是固体潮汐应力调制分析。团队系统分析了日、月引力引起的周期性固体潮汐应力对低频地震发生率的调制作用。结果表明，地震发生率与有利于右旋走滑的潮汐应力相位显著同步，这不仅独立验证了震源机制解的结果，还将最可能的断层几何锁定为倾向约40°的走滑面（图1）。两项分析彼此印证，构成了确定性的观测约束，共同揭示了该隐伏边界的真实运动方式。
基于上述观测证据，研究团队进一步运用贝叶斯统计分析框架，系统比较了实测滑动方向与不同构造模型的预测结果。分析表明，观测数据与“太平洋板块-戈尔达板块”相对运动所预测的右旋走滑完全吻合，而与“板片窗”模型所预测的正断层机制等其它所有可能场景均不一致。这一结论具有决定性意义：门多西诺下方的低频地震直接证实，被太平洋板块捕获的“先锋碎片”正相对于南侧的戈尔达板块持续向北剪切运动。该走滑边界实质上是门多西诺转换断层向陆下的延伸，它的存在从根本上排除了该深度存在连通软流圈的“板片窗”可能性，从而为“捕获碎片”模型提供了首个直接的运动学证据。
图1 门多西诺三联点低频地震和震源机制。(A) 综合震源机制解显示为走滑断层；(B) 潮汐应力调制分析最优拟合结果同样指向右旋走滑运动
这项发现不仅解决了一项长期争议，更催生了一个能统一解释多项矛盾观测的新构造模型。该模型指出，低频地震带南侧的地震波低速区并非传统所认为的加厚陆壳，而是北美增生楔最南端的一部分。在太平洋板块强烈的南北向挤压作用下，这部分沉积物被推挤并俯冲至戈尔达板块之上，形成了一个“楔状体”（图2）。这一革新性认识使得1992年发生在该区浅部（约10公里深）的门多西诺M7.2大地震获得了更合理的解释：其震源很可能位于这一新厘定的、比传统俯冲界面更浅的“楔状体”顶界。这意味着潜在的大型逆冲地震破裂面可能比此前预估的更靠近地表，从而对地震灾害评估具有直接影响。
此项研究的深远影响远超区域构造本身。在方法论上，它证明了低频地震与潮汐应力分析相结合，能够成为透视深部隐伏断层动态的强有力工具，为复杂构造区的研究树立了新范式。在理论层面，它揭示了一个关键原则：容纳板块相对运动的实际剪切面，可能与基于地震波速确定的“岩石学”板块边界在空间上显著分离。这要求未来在构建地震破裂模型和评估板块耦合程度时，必须重新审视关于断层几何的传统假设。
图2 新构造模型示意图
主要参考文献
Atwater T. Implications of plate tectonics for the Cenozoic tectonic evolution of western North America[J]. Geological Society of America Bulletin, 1970, 81(12): 3513-3536.
Beroza G C, Ide S. Slow earthquakes and nonvolcanic tremor[J]. Annual review of Earth and planetary sciences, 2011, 39(1): 271-296.
Bohannon R G, Parsons T. Tectonic implications of post–30 Ma Pacific and North American relative plate motions[J]. Geological Society of America Bulletin, 1995, 107(8): 937-959.
Dickinson W R, Snyder W S. Geometry of subducted slabs related to San Andreas transform[J]. The Journal of Geology, 1979, 87(6): 609-627.
McKenzie D P, Morgan W J. Evolution of triple junctions[J]. Nature, 1969, 224(5215): 125-133.
Obara K. Nonvolcanic deep tremor associated with subduction in southwest Japan[J]. Science, 2002, 296(5573): 1679-1681.
Rogers G, Dragert H. Episodic tremor and slip on the Cascadia subduction zone: The chatter of silent slip[J]. Science, 2003, 300(5627): 1942-1943.
Shelly D R, Goldberg D E, Wech A G, et al. A northeast‐dipping zone of low‐frequency earthquakes at the southern edge of Cascadia subduction[J]. Geophysical Research Letters, 2025, 52(12): e2025GL116116.
Shelly D R, Thomas A M, Materna K Z, et al. Low-frequency earthquakes track the motion of a captured slab fragment[J]. Science, 2026, 391(6782): 294-299.（原文链接）
Wech A G. Cataloging tectonic tremor energy radiation in the Cascadia subduction zone[J]. Journal of Geophysical Research: Solid Earth, 2021, 126(10): e2021JB022523.
（撰稿：牛杰明，李娟/地球与行星物理学科中心）
