北美红杉树轮地震学研究揭示圣安德烈亚斯断裂带北海岸段全新世晚期地震活动

推荐：研究人员针对圣安德烈亚斯断裂带(SAF)北海岸段(NC-SAF)史前地震定年精度不足的问题，通过树轮年代学方法分析红杉(Sequoia sempervirens)的创伤树脂道(TRD)、生长释放/抑制等指标，首次建立跨627年的交叉定年序列，发现1698-1700年同步扰动信号可能与1700年卡斯卡迪亚俯冲带(CSZ)地震存在关联，为断裂带分段破裂模型提供关键年际尺度证据。

　　

在加利福尼亚州蜿蜒的圣安德烈亚斯断裂带(SAF)上，北海岸段(NC-SAF)的地震活动一直困扰着地质学家。这个横跨旧金山湾区的断裂带历史上仅记录到1838、1890和1906年三次地表破裂事件，而更早的"前1906地震"（即倒数第二次大震）的精确年代始终模糊不清。现有放射性碳测年给出的宽泛区间（如Fort Ross果园遗址的1660-1812年）存在数十年至世纪尺度的误差，严重制约着对断裂带破裂模式的理解——它究竟会像1906年那样全线破裂，还是分段活动？这个问题的答案直接影响着数百万人口的地震风险评估。

为突破这一瓶颈，由美国地质调查局(USGS)领衔的研究团队将目光投向了海岸红杉(Sequoia sempervirens)。这种寿命超过2000年的"活化石"理论上能记录晚全新世地震，但其异常生长特性（缺失轮、楔形轮等）使交叉定年异常困难。研究团队创新性地结合绳索攀爬技术（采集11棵活树样本）和链锯切割（23个树桩），在Fort Ross和Gualala两个关键位点建立覆盖1397-2023年的树轮宽度年表，这是该区域首次实现多世纪尺度的红杉树轮精确交叉定年。

研究采用多管齐下的扰动检测策略：通过径向生长平均法识别生长脉冲，系统记录创伤树脂道(TRD)等解剖学指标，并测定结构组分（如再生树干、树干倾斜）的形成年代。其中最具突破性的是对1906年地震的"标定实验"——虽然这次已知地震在多数红杉中未留下强烈信号，但FRN1个体显示出惊人的响应差异：5.9米高度的353°方位样本出现4个缺失轮、树脂渗漏和持续变色的异常木材，而同一高度的另一侧却生长正常。这种"同树异象"印证了地震响应的空间异质性，为古地震识别提供了重要参照。

通过分析前1812年的同步扰动信号，研究发现1678-1680年（6/15树木）和1698-1700年（8/16树木）两个显著事件窗口。后者尤其引人注目：1698年出现15.7%的潜在生长/解剖学指标峰值，包括FRN1树干再生事件、多个树桩的TRD屏障带（图10c-d）以及FRS3倾斜树干上部的重力反应木。这些信号与1700年卡斯卡迪亚俯冲带(CSZ)的MW～9级地震存在时间关联，暗示构造应力触发可能，尽管研究者谨慎表示"触发机制尚未可知"。

技术方法上，研究团队通过绳索攀爬采集活树样本（5mm直径生长锥），使用WinDendro软件测量轮宽（精度0.001mm），采用COFECHA软件进行50年窗口的交叉定年验证，并建立标准化年表（32年样条去趋势）。解剖学指标通过立体显微镜观察，创伤树脂道(TRD)按存在/缺失二元记录。生长变化采用百分比增长变化(PGC)量化，定义≤?50%为抑制，≥100%为释放。

研究结果可分为四个关键发现：

1. 交叉定年与年表建立：成功构建Fort Ross（1569-2023）和Gualala（1397-2023）两个位点的多世纪年表，其中GRC个体延伸至1397年，但19世纪后期因缺失轮导致部分序列交叉定年困难。
2. 扰动背景特征：树轮记录显示频繁的生长脉冲（平均每世纪2.4次释放，1.2次抑制）和创伤树脂道(TRD)（出现频率1.04%±0.26%），反映红杉林的动态环境。
3. 1906地震响应：仅30%样本记录明确信号，FRN1出现方位依赖性响应（单侧缺失轮+TRD），FRS2的树冠再生可能与该事件相关。
4. 前1906地震候选期：1698-1700年窗口与CSZ地震的潜在关联最具提示性，但1678-1680年事件因树桩裂纹和TRD同步出现同样值得关注。

讨论部分强调了三重科学价值：首先，红杉树轮首次被证明能提供NC-SAF地震的年际分辨率，弥补放射性碳测年的世纪级误差；其次，1698-1700年事件与CSZ地震的潜在共现，为理解板块边界地震相互作用提供了树木年代学证据；最后，建立的627年基准年表为后续研究奠定基础。但研究者也指出局限：红杉的缺失轮问题仍干扰事件定年，且地震信号易被火灾、风暴等扰动掩盖。未来结合显微解剖学分析和稳定同位素(¹⁸
O)可能提升分辨率，而扩大样本量（尤其断层10m范围内的古树）将增强统计效力。这项发表于《Quaternary Science Advances》的研究，为理解圣安德烈亚斯断裂带地震复发模式开辟了新的树木年代学途径。