太平洋西北部的卡斯凱迪亞斷層帶曾發生過一些歷史上威力最大、破壞性最強的地震，導致森林沉沒，引發的海嘯甚至波及日本海岸。雖然卡斯凱迪亞斷層帶最近一次大地震發生在1700 年，但這可能不會是最後一次。受影響的地區現在大多是繁華的大都市，擁有數百萬人口。

研究教授Zoltán Sylvester（左）和Jacob Covault 在德州大學奧斯汀分校經濟地質局的岩心觀察設施中。他們開發的一種用於關聯地質岩心中濁積岩的演算法正在引發有關卡斯凱迪亞地震記錄的問題。他們身後的螢幕上顯示了來自卡斯凱迪亞的濁積岩樣本。資料來源：德州大學奧斯汀分校/傑克遜地球科學學院

科學家們正積極嘗試確定地震發生的頻率，並預測下一次”大地震”發生的時間。這項工作通常包括在地質記錄中尋找過去地震的痕跡，例如被震碎的岩石、沉積物和地形。

德州大學奧斯汀分校領導的一項新研究質疑了一種涵蓋數千年的地震記錄的可靠性，這種記錄是在海底地層中發現的一種被稱為濁積岩的地質沉積物。

卡斯凱迪亞斷層位於北美西北太平洋近海，歷史上曾發生強烈地震。資料來源：美國國家海洋暨大氣總署

研究人員利用演算法分析了卡斯凱迪亞斷層帶的部分濁積岩層，這些濁積岩層的年代可追溯到約1.2 萬年前，該演算法可評估濁積岩層之間的相關性。

他們發現，在大多數情況下，濁積岩樣本之間的相關性並不比隨機的好。由於濁積岩可能是由一系列現象造成的，而不僅僅是地震，因此研究結果表明，濁積岩記錄與過去地震之間的關聯比以前認為的更不確定。

美國地質調查局研究地球物理學家、該研究報告的共同作者瓊-貢伯格說：”我們希望所有引用卡斯凱迪亞斷裂地震時間間隔的人都能明白，這項研究對這些時間間隔提出了質疑。

研究人員說，這些結果並不一定會改變卡斯凱迪亞的地震頻率估計值，大約每500 年一次。目前的頻率估計是基於一系列數據和解釋，而不僅僅是本研究中分析的濁積岩。不過，研究結果突出表明，有必要對濁積岩層及其與大地震之間的關係進行更多研究。

該演算法的共同作者、UT 傑克遜地球科學學院研究教授雅各布-科沃特（Jacob Covault）說，該演算法提供了一種定量工具，為解釋古代地震記錄提供了一種可複製的方法，而古代地震記錄通常是基於地質及其潛在關聯的定性描述。

傑克遜學院經濟地質局定量塑膠實驗室聯合首席研究員科沃特說：”這個工具提供了一個可重複的結果，因此每個人都能看到同樣的東西。有人可能會對這一結果提出異議，但至少有了一個基線，一種可重複的方法。

研究結果發表在《GSA Bulletin》期刊。研究人員來自美國地質調查局、史丹佛大學和阿拉斯加地質與地球物理勘測局。

在對卡斯凱迪亞斷層帶附近的地質進行研究的科學考察中採集的地質岩芯樣本中的濁積岩層的照片（右）和CT 掃描圖。斷裂帶可引發破壞性大地震。研究人員希望能弄清濁積岩層與過去地震紀錄的關係。圖片來源：Zoltan Sylvester 根據Goldfinger 等人的圖片製作。

濁積層及其地質作用

濁積岩是水下土石流的殘留物。它們是由沉積物組成的，這些沉積物被沖過洋底的沉積物的湍流甩入水中後，又沉澱到海底。這些岩層中的沉積物有明顯的層次，底部的顆粒較粗，頂部的顆粒較細。

但形成濁積岩層的方法不只一種。地震撼動海底時會造成山崩。但風暴、洪水和其他一系列自然現像也會造成山崩，只是地理規模較小而已。

目前，要將濁積岩與過去的地震聯繫起來，通常需要在從海底提取的地質岩芯中找到它們。研究人員表示，如果濁積岩在相對較大區域的多個樣本中出現在大致相同的位置，就會被視為過去地震的遺跡。

雖然碳年代測定樣本可以幫助縮小時間範圍，但在解釋出現在大致相同時間和地點的樣本是否因同一事件而聯繫在一起時，仍然存在許多不確定性。

為了更了解不同濁積岩樣本之間的關係，研究人員對濁積岩數據採用了一種更定量的方法–一種名為”動態時間扭曲”的演算法。這種演算法可以追溯到20 世紀70 年代，應用廣泛，從語音識別到平滑動態VR 環境中的圖形。

該演算法的共同作者、傑克遜學院研究教授、定量岩石實驗室共同首席研究員佐爾坦-西爾維斯特說，這是首次將演算法用於分析濁積岩。

西爾維斯特說：”這種演算法是我參與的許多專案的關鍵組成部分。但它在地球科學領域的應用仍然非常少。”

此演算法可偵測兩個樣本之間的相似性，這些相似性可能隨時間而變化，並確定它們之間的資料匹配程度。

將早期濁積岩相關性研究結果與德州大學奧斯汀分校開發的演算法計算結果進行比較的圖表。黑色虛線表示相似的研究結果。紅色虛線表示不同的結果。資料來源：Zoltan Sylvester

對於語音辨識軟體來說，這意味著即使關鍵字的語速或音調不同，也能辨識出來。對於濁積岩來說，這涉及到識別不同濁積岩樣本之間的共同磁性，儘管這些樣本來自同一事件，但在不同地點看起來可能不同。

共同作者、阿拉斯加地質與地球物理勘測部沿海災害專案經理諾拉-尼明斯基（Nora Nieminski）說：”對濁積岩進行相關研究並非易事。濁積岩通常具有顯著的橫向變異性，反映了其多變的流動動態。邊緣或不同的沉積環境中。

研究人員也對演算法產生的相關性進行了另一層面的檢驗。他們將結果與透過比較10000 對隨機濁積岩層合成數據計算出的相關數據進行了比較。這種合成對比可作為對照，防止實際樣本中的巧合匹配。

研究人員將其技術應用於1999 年科學考察中收集的九個地質岩芯中的濁積岩層的磁感應強度記錄。他們發現，在大多數情況下，先前相關的濁積岩層之間的連結並不比隨機的好。這一趨勢的唯一例外是相距相對較近的濁積岩層–相距不超過15 英里。

研究人員強調，演算法只是分析濁度的一種方法，加入其他數據可能會在某種程度上改變岩心之間的相關性。然而，根據這些結果，在地質記錄的同一時間和同一區域出現濁度並不足以將它們明確地連結在一起。

雖然演算法和機器學習方法可以幫助完成這項任務，但還是要由地球科學家來解釋結果，並了解研究的方向。

「我們在這裡是為了回答問題，而不僅僅是應用工具，」西爾維斯特說。 “但同時，如果正在做這樣的工作，那麼它就會迫使人仔細思考”。

編譯自/ ScitechDaily