近日，南方科技大學海洋科學與工程系講席教授Jason Phipps Morgan在非火山型震顫研究中取得重要進展，該研究揭示了非火山型震顫强度轉化成因。研究成果以“A strength inversion origin for non-volcanic tremor”為題在國際學術期刊《自然-通訊》（Nature Communications）上發表。
我國是地震多發地區，防震減災工作需深入認識地震孕育環境、成核過程、破裂傳播等震源物理過程。近年來，針對震源物理在觀測、實驗、理論及數值模擬的研究一直是熱點研究課題。非火山型震顫（non-volcanic tremor，NVT）是一種特殊的地震活動，一般是在離火山地區很遠的地方被記錄到，通常發生在板塊邊界內的地震閉鎖段的淺、深邊緣或其附近以及轉換斷層的板塊交介面處，伴隨著極低頻地震，持續時間長，且具有剪切破裂和滑動等特徵。震顫一般發生在現今塊體較弱而周圍的基質還沒有達到一般地震破裂狀態的地區。
Jason團隊及合作者基於斷層帶內較强基質與較弱塊體的岩石組分存在特殊的流變關係，通過研究美國中部海溝近海淺層地震區的非均質岩石樣品，採用野外地質觀測和室內地質力學實驗量測的方法，並結合基於Stokes粘彈塑性方程的類比手段揭示非火山型震顫强度轉化的起因。室內實驗進行的是岩石成分的微觀結構觀測和岩石的三軸强度實驗，之後建立與室外觀測相對應的數值模型，且將室內三軸强度的實驗結果用做數值模型的約束條件，重現岩石的非均勻變形。類比結果以及實驗結果如下圖所示。
圖1基質和塊體在不同彈性參數下的類比結果
圖2不同溫度、壓力下玄武岩塊體和火山碎屑基質樣品三軸摩擦强度實驗結果
研究結果表明，俯衝帶內的熱液作用導致較强岩塊和較弱基質的組合轉化為較强基質包裹著較弱岩塊，此時强度减弱的岩塊受地震影響首先發生破裂，而周圍較强基質由於尚未達到地震破裂狀態，同時高應力導致基質的粘性降低引起蠕滑，囙此產生震顫。這種震顫機制可以推廣到可能有流體作用的有玄武岩-榴輝岩相變發生的更深區域的大型逆沖環境中。此外，研究還發現俯衝系統中震顫的應力降（stressdrop）相比微地震要低，這對於區分震顫和微地震有一定借鑒意義，而且流體壓力在震顫的產生中也發揮著重要作用。該研究從地質岩石的微觀角度揭示了非火山震顫的觸發原因，對於我們認識非火山型震顫提供了新的思路與啟發，同時對於天然和誘發地震活動分析、建模以及地震危險性分析提供了重要科學認識。
Jason Phipps Morgan為論文通訊作者，義大利翡冷翠大學教授Paola Vannucchi為論文第一作者，合作單位包含倫敦大學學院、帕多瓦大學、英國地質調查局以及羅馬大學。以上研究工作得到了國家自然科學基金專案“紐西蘭火山弧和弧後擴張中心海-陸聯測三維地震臺陣探測”的資助。
論文連結：https://www.nature.com/articles/s41467-022-29944-8