论文标题：Paleoliquefaction Study and Earthquake Source Characterization of the Central Virginia Seismic Zone, Eastern United States

论文链接：https://www.mdpi.com/2624-795X/6/1/13

期刊名：GeoHazards

期刊主页：https://www.mdpi.com/journal/geohazards

研究背景

2011年，一场矩震级（M）5.7的地震袭击了美国弗吉尼亚州米纳勒尔地区，该区域位于华盛顿特区西南约130公里处，属于一个被称为“中部维吉尼亚地震带”（CVSZ）的弥散地震活动区。这次地震不仅在当地引发了液化和破坏，甚至导致18公里外的北安娜核电站记录到0.38 g的峰值加速度并自动停运，凸显了该地震带对中大西洋地区的潜在威胁，并促使科研人员开展古液化研究，以深入理解其地震潜势。古液化研究通过识别、定年并分析历史及史前地震在河流沉积物中留下的液化特征（如砂脉、软沉积变形构造），能够揭示过去强震的位置、震级和复发周期。此前研究已在CVSZ内多条河流识别出可能与历史地震（如1758、1774、1875年）及史前地震（约公元前2640年）相关的液化证据，但对其时空分布和震源特性的认识仍存在不确定性。本文旨在通过扩展调查范围、获取新的定年数据以及重新评估情景地震，来更新对CVSZ地震潜势的解释，并为美国国家地震灾害模型的修订提供依据。

研究内容

本研究在CVSZ内系统扩展了对古液化特征的搜寻与定年工作，调查范围覆盖了阿波马托克斯河、诺托韦河、南安娜河、帕芒基河、马塔波尼河、拉帕汉诺克河、波托马克河及拉皮丹河等多条河流的河段。研究人员在阿波马托克斯河（里士满以西）发现了至少两代液化特征，包括砂脉和侵入的动物潜穴充填；在拉皮丹河（弗雷德里克斯堡以西）识别出小型砂脉和软沉积变形构造（如假结核、底辟构造）。结合光释光（OSL）和放射性碳（14C）定年技术，对宿主沉积物及液化特征本身进行了精细的年代约束。例如，在阿波马托克斯河AR8地点，通过OSL样品（AR8-OSL1和AR8-OSL2）对砂脉上下沉积物的定年，将一组强烈生物扰动和斑驳化的古老砂脉的形成时间限定在公元前2560年至3615年之间。综合其他地点（如马塔波尼河MR102、帕芒基河PR101）具有相似风化特征和相近最大约束年龄（如公元前2710年、3030年）的液化特征，研究推断这些广泛分布的特征很可能记录了一次共同的史前地震事件，并将其发生时间精确估计为约公元前2640±80年。此外，在拉皮丹河发现的相对新鲜、铁染的软沉积变形构造，其OSL定年结果显示形成于公元215-310年之间（即约公元1690±50年），这可能对应了一次未被历史记载的早期殖民时期地震。研究还对沿詹姆斯河、帕芒基河发现的相对未风化的历史时期液化特征进行了重新评估。

图1.阿波马托克斯河马孔-杰尼托段AR8遗址河岸侵蚀区风化砂堤的照片：（a）未标注；（b）标注。

基于液化势分析，研究人员评估了不同震级和位置的情景地震能否解释观测到的液化特征分布。对于历史时期的液化特征，分析表明，发生在詹姆斯河、帕芒基河和阿波马托克斯河的年轻特征，可能由发生在1758、1774或1875年间的、震级为M 5.25-5.5的本地地震（可能比先前估计略大）引起，而非一个更大的区域性事件。对于约公元前2640年的史前地震，液化势分析结合砂脉平均宽度（从帕芒基河最大，向西南至斯提格溪逐渐减小）的空间变化趋势表明，其最可能的震级为M 6.5-6.75，震中可能位于温德姆森林附近。对于拉皮丹河约公元1690年的特征，分析指示其可能源于一次局部M 5.5-5.75的地震，震级与2011年米纳勒尔地震相当。这些发现不仅确认了CVSZ在晚全新世至少发生过一次大震，还揭示了一个可能位于拉皮丹地区、此前未被充分认识的独立历史地震源。

图2.照片(a)未标注；(b)标注，展示了在阿波马托克斯河马孔-杰尼托段AR7遗址河岸下部0.7米处观察到的两条沙堤和底辟

研究总结

本研究的核心发现包括：在阿波马托克斯河和拉皮丹河新识别出地震诱发的液化特征；将CVSZ一次主要的史前强震时间精确限定在约公元前2640±80年，并估算其震级为M 6.5-6.75，震中可能位于温德姆森林附近；重新评估了该区域1758、1774和1875年历史地震的震级约为M 5.25-5.5；识别出约公元1690年发生在拉皮丹地区、震级约M 5.5-5.75的先前未知历史地震。这些成果显著增强了对CVSZ地震活动历史的理解，特别是确认了晚全新世存在大震事件，并揭示了该地震带内可能存在多个独立震源。这些新的古地震数据可能促使对美国国家地震灾害模型中CVSZ震源特征的修订，例如扩大区域性断层带多边形范围、将上限震级（Mmax）提高至6.75以及缩小大震复发间隔的不确定性范围。尽管取得了重要进展，许多液化特征的年龄约束仍不够紧密，区域液化范围也存在不确定性。未来对南安娜河未调查河段的补充研究，有望进一步降低这些不确定性，为区域地震危险性评估提供更坚实的科学基础。

GeoHazards 期刊介绍

主编：Prof. Dr. Zhong Lu, , Southern Methodist, USA

Prof. Dr. Tiago Miguel Ferreira, University of Lisbon, Portugal

期刊发表范围涵地球物理/地质灾害、气候及气候变化相关灾害、气象灾害、水文灾害、块体运动灾害以及人为和技术灾害等研究领域。自2020年创刊以来，被ESCI、Scopus、GeoRef等多个权威数据库收录。

2024 Impact Factor: 1.6

2024 CiteScore: 2.2

Time to First Decision: 20.1 Days

Acceptance to Publication: 4 Days