中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授張海江研究組利用東太平洋海隆Gofar轉(zhuǎn)換斷層密集海底地震儀數(shù)據(jù)，首次發(fā)現(xiàn)受半日潮調(diào)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(guān)研究成果6月26日以“首次發(fā)布”形式在線發(fā)表于《科學(xué)》雜志。
海洋轉(zhuǎn)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(jù)顯示，這類斷層可能受巖漿和熱液活動共同作用，具有復(fù)雜的三維結(jié)構(gòu)。震顫是一種持續(xù)的非脈沖地震信號，對潮汐等微小應(yīng)力高度敏感，可用于追蹤斷層內(nèi)的流體活動。然而，轉(zhuǎn)換斷層內(nèi)是否存在震顫信號，此前一直缺乏直接觀測證據(jù)。
研究團隊利用2019—2022年布設(shè)的海底地震臺陣數(shù)據(jù)，在Gofar轉(zhuǎn)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(xiàn)，2020年9月一次4級地震前，震顫振幅與半日潮汐高度相關(guān)，表明斷層處于近臨界狀態(tài)。地震發(fā)生后，相關(guān)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(shù)周后，隨著礦物沉淀逐步愈合裂隙，相關(guān)性緩慢恢復(fù)，開啟新一輪循環(huán)。該模式在后續(xù)多次地震中重復(fù)出現(xiàn)。
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(chǎn)生揮發(fā)氣體，孔隙壓力升高，系統(tǒng)對潮汐高度敏感，產(chǎn)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(fù)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(zhuǎn)換斷層上的震顫－潮汐相關(guān)性 中國科大供圖
該研究首次在海洋轉(zhuǎn)換斷層發(fā)現(xiàn)潮汐調(diào)制震顫，表明轉(zhuǎn)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(diào)控的動態(tài)系統(tǒng)。該成果為認(rèn)識海洋轉(zhuǎn)換斷層力學(xué)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(xué)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(xué)基金等項目資助。
相關(guān)論文信息：https://www.science.org/doi/10.1126/science.aed5665