1,200 英里长的德纳里断层呈弧形向上延伸，从阿拉斯加西南部和白令海向东延伸至加拿大西部的育空地区和不列颠哥伦比亚省。贯穿德纳利国家公园和自然保护区的长期活跃的走滑断层系统是阿拉斯加山脉形成的原因。

“这是一个巨大的断层，也是 2002 年 7.9 级地震的源头，它使 Denali 断层 200 多英里以及东部的 Totschunda 断层破裂，对偏远的村庄和阿拉斯加中部的基础设施造成重大破坏，”犹他州立大学地球化学家 Dennis Newell 说。

USU 地球科学系副教授 Newell 说，了解不稳定断层的地幔与地壳连接为了解岩石圈级断层的地震周期提供了关键信息。他和同事 Jeff Benowitz(阿拉斯加地质年代学家)、阿拉斯加费尔班克斯大学的 Sean Regan 和 USU 的博士候选人 Coleman Hiett 一起，收集并分析了沿近 250 英里断层段的泉水的氦和碳同位素数据，在2023 年 6 月 1 日出版的《地质学》杂志上发表了他们的发现，“障碍和速度限制：阿拉斯加岩石圈 Denali 断层中地幔到地表的挥发性通量”。

(资料图片仅供参考)

该研究由 2020 年授予 Newell 和 Regan 的为期一年的国家科学基金会探索性研究早期概念补助金 (EAGER) 资助。

“像 Denali 这样的活动走滑断层具有三维几何结构，在地球表面以下可能存在深层管道连接，”Newell 说。“但我们对如何以及是否维持这些联系知之甚少。”

为了检验这些可能存在的深层联系，Newell 和 Regan 沿着 Denali 和 Totschunda 断层对 12 个泉水进行了采样，他们乘坐直升飞机和步行前往阿拉斯加内陆的偏远山区。

“Helium-3 是氦气的一种稀有同位素，在泉水中是一个很好的指标，可以指示一个区域是否与地幔有关，”Newell 说。“在 2002 年地震破裂以西，沿着 Denali 断层的 Cantwell 段，温暖、冒泡的泉水具有强烈的氦 3 特征，表明与地幔的连接完好无损。相比之下，沿着断裂断层段的泉水只有大气气体，这表明存在阻止地幔氦流向地表的‘障碍’。”

他说，这些观察结果对地震如何改变断层沿线的地下水通道以及它们恢复的时间尺度具有重要意义。

“Cantwell 地段的上一次大地震发生在 400 年前，氦气数据表明这些壁炉架连接已经重新建立，”Newell 说。“这些冒泡的泉水预示着德纳利国家公园附近的德纳利断层段未来可能发生大破坏性地震，该公园每年夏天接待约 60 万游客。”

地球科学家还寻求有关氦沿着活动断层从地幔移动到地壳的速度有多快的数据。

“这是我们研究的"速度限制"部分，”Newell 说。“这很重要，因为它揭示了地幔到地表的挥发性通量以及流体压力梯度如何影响断层强度和断层沿线的地震活动。”

他说，该断层的地幔流体流速落在世界上其他形成板块边界的主要和活跃走滑断层的观察范围内，包括加利福尼亚的圣安德烈亚斯断层和土耳其的北安纳托利亚断层。这些类型的断层会发生大规模的破坏性地震，例如 2023 年 2 月发生在东安纳托利亚断层的致命地震，该断层在土耳其和叙利亚造成了广泛的破坏。

“量化主要走滑断层的地壳与地幔连接对于理解深层流体流动、地震活动和断层愈合之间的联系至关重要，”Newell 说。