中國科學技術大學教授張海江研究組利用東太平洋海隆Gofar轉換斷層密集海底地震儀數據，首次發(fā)現受半日潮調制的諧波震顫信號，并揭示斷層存在“封存－增壓－破裂－排放”的周期性循環(huán)。相關研究成果6月26日以“首次發(fā)布”形式在線發(fā)表于《科學》雜志。
海洋轉換斷層是連接擴張洋脊的走滑邊界，長期被視為簡單的“保守型”板塊邊界。但近年證據顯示，這類斷層可能受巖漿和熱液活動共同作用，具有復雜的三維結構。震顫是一種持續(xù)的非脈沖地震信號，對潮汐等微小應力高度敏感，可用于追蹤斷層內的流體活動。然而，轉換斷層內是否存在震顫信號，此前一直缺乏直接觀測證據。
研究團隊利用2019—2022年布設的海底地震臺陣數據，在Gofar轉換斷層識別出持續(xù)的諧波震顫信號，其源區(qū)位于海底以下約4.5公里，恰好落在先前推斷的“地震障礙區(qū)”——該區(qū)域能阻止大地震傳播，卻密集分布著微震活動。
研究發(fā)現，2020年9月一次4級地震前，震顫振幅與半日潮汐高度相關，表明斷層處于近臨界狀態(tài)。地震發(fā)生后，相關性迅速減弱，微震激增，波速比快速反彈——反映破裂打開了封閉裂隙，排出氣體并注入液體。數周后，隨著礦物沉淀逐步愈合裂隙，相關性緩慢恢復，開啟新一輪循環(huán)。該模式在后續(xù)多次地震中重復出現。
基于此，研究團隊提出“閥門式”循環(huán)模型：封存階段，礦物沉淀封閉裂隙，深部巖漿持續(xù)產生揮發(fā)氣體，孔隙壓力升高，系統(tǒng)對潮汐高度敏感，產生震顫；破裂階段，地震打開裂隙，排出氣體，削弱潮汐－震顫耦合，觸發(fā)微震；封存恢復階段，礦物沉淀再次愈合裂隙，系統(tǒng)回到封存狀態(tài)，循環(huán)重啟。
Gofar轉換斷層上的震顫－潮汐相關性 中國科大供圖
該研究首次在海洋轉換斷層發(fā)現潮汐調制震顫，表明轉換斷層并非“保守型”板塊邊界，而是受流體、潮汐和巖漿共同調控的動態(tài)系統(tǒng)。該成果為認識海洋轉換斷層力學機制和地震危險性提供了新范式，對深海熱液系統(tǒng)和成礦研究也具有啟示意義。
中國科大為論文第一單位。博士生楊浩為第一作者，張海江為通訊作者，南方科技大學研究員葉玲玲為合作者。本工作得到國家重點研發(fā)計劃和國家自然科學基金等項目資助。
相關論文信息：https://www.science.org/doi/10.1126/science.aed5665