地震發(fā)生數(shù)目在外部周期性應(yīng)力擾動(dòng)的不同階段有變化的現(xiàn)象叫做地震活動(dòng)性的周期調(diào)制，這種現(xiàn)象包含了關(guān)于孕震過(guò)程的豐富信息。自然界中存在潮汐加載（日周期）和水文加載（年周期）兩種加載周期不同的周期性應(yīng)力擾動(dòng)，為研究地震活動(dòng)性周期調(diào)制現(xiàn)象提供了寶貴的機(jī)會(huì)。中國(guó)地震局地質(zhì)研究所趙澤嚴(yán)博士后、北京大學(xué)薛蓮助理教授聯(lián)合其他國(guó)內(nèi)外學(xué)者，深入分析了美國(guó)圣安德烈斯斷層中段（CSAF）上的潮汐調(diào)制和水文調(diào)制，并構(gòu)建了相關(guān)物理模型，揭示了斷層孔隙流體在地震孕育過(guò)程中起的關(guān)鍵作用，相關(guān)成果以“Tidal and Hydrological Seismicity Modulations Reveal Pore Fluid Diffusion during Earthquake Nucleation”為題，近期發(fā)表在《Science Advances》上。
在CSAF上存在斷層滑動(dòng)模式在深度上的轉(zhuǎn)變，常規(guī)地震與低頻地震兩種震源類型分別分布在同一條斷層的淺部和深部（圖1）。其中低頻地震屬于慢地震的一種，與常規(guī)地震相比具有輻射地震波頻率更低、應(yīng)力降更小、滑動(dòng)速度更慢等特征?；瑒?dòng)模式轉(zhuǎn)變的原因?qū)τ诶斫庠姓瓠h(huán)境以及地震危險(xiǎn)性評(píng)估至關(guān)重要。研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)綜合性的定量統(tǒng)計(jì)分析發(fā)現(xiàn)，盡管應(yīng)力擾動(dòng)幅度相似，CSAF上的常規(guī)地震更容易受到長(zhǎng)周期的水文加載的調(diào)制，而低頻地震更容易受到短周期的潮汐加載的調(diào)制，即兩種震源類型的周期調(diào)制現(xiàn)象具有截然不同的周期依賴性（圖2）。
圖1. 研究所用的地震目錄與應(yīng)力加載時(shí)間序列。
圖2. 常規(guī)地震與低頻地震截然不同的周期調(diào)制現(xiàn)象。
為了解釋這一觀測(cè)現(xiàn)象，團(tuán)隊(duì)提出了結(jié)合孔隙流體擴(kuò)散與地震非瞬態(tài)成核過(guò)程的物理模型SRM-DD（Spring-slider Rate-and-state Model with Dilatancy and Diffusion），該模型通過(guò)引入兩個(gè)孕震過(guò)程中的特征時(shí)間，成功解釋了觀測(cè)中截然不同的周期依賴性，由此揭示了孔隙流體在孕震過(guò)程中不可忽略的重要作用（圖3）。進(jìn)一步，團(tuán)隊(duì)基于SRM-DD定量約束了常規(guī)地震和低頻地震的模型參數(shù)，其中流體含量在深度上的分布不僅能解釋常規(guī)地震和低頻地震在潮汐調(diào)制和水文調(diào)制上的差異，更與滑動(dòng)模式在深度上的轉(zhuǎn)變相符，說(shuō)明孔隙流體的分布是決定孕震環(huán)境的重要元素（圖4）。相關(guān)模型有望推廣至俯沖帶等區(qū)域，以充分利用地震活動(dòng)性周期調(diào)制現(xiàn)象中蘊(yùn)含的關(guān)于地震動(dòng)力學(xué)的寶貴信息。
圖3. 結(jié)合孔隙流體與地震非瞬態(tài)成核過(guò)程的物理模型SRM-DD。
圖4. 斷層孔隙流體的分布及其對(duì)孕震環(huán)境的作用。
本文第一作者為中國(guó)地震局地質(zhì)研究所構(gòu)造物理實(shí)驗(yàn)室博士后趙澤嚴(yán)，通訊作者為北京大學(xué)薛蓮助理教授，其他合作者包括美國(guó)加州大學(xué)伯克利分校的Roland Bürgmann教授、冰島大學(xué)的Elías R. Heimisson助理教授、北京大學(xué)的陸威帆博士和岳漢教授。中國(guó)地震局地質(zhì)研究所地震動(dòng)力學(xué)與強(qiáng)震預(yù)測(cè)全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室為本文第一標(biāo)注單位。
京公網(wǎng)安備 11010502042766號(hào)
