近日，南方科技大学海洋科学与工程系讲席教授Jason Phipps Morgan在非火山型震颤研究中取得重要进展，该研究揭示了非火山型震颤强度转化成因。研究成果以“A strength inversion origin for non-volcanic tremor”为题在国际学术期刊《自然-通讯》(Nature Communications)上发表。

我国是地震多发地区，防震减灾工作需深入认识地震孕育环境、成核过程、破裂传播等震源物理过程。近年来，针对震源物理在观测、实验、理论及数值模拟的研究一直是热点研究课题。非火山型震颤(non-volcanic tremor,NVT)是一种特殊的地震活动，一般是在离火山地区很远的地方被记录到，通常发生在板块边界内的地震闭锁段的浅、深边缘或其附近以及转换断层的板块交界面处，伴随着极低频地震，持续时间长，且具有剪切破裂和滑动等特征。震颤一般发生在现今块体较弱而周围的基质还没有达到一般地震破裂状态的地区。

Jason团队及合作者基于断层带内较强基质与较弱块体的岩石组分存在特殊的流变关系，通过研究美国中部海沟近海浅层地震区的非均质岩石样品，采用野外地质观测和室内地质力学实验测量的方法，并结合基于Stokes粘弹塑性方程的模拟手段揭示非火山型震颤强度转化的起因。室内实验进行的是岩石成分的微观结构观测和岩石的三轴强度实验，之后建立与室外观测相对应的数值模型，且将室内三轴强度的实验结果用做数值模型的约束条件，重现岩石的非均匀变形。模拟结果以及实验结果如下图所示。

图1 基质和块体在不同弹性参数下的模拟结果

图2 不同温度、压力下玄武岩块体和火山碎屑基质样品三轴摩擦强度实验结果

研究结果表明，俯冲带内的热液作用导致较强岩块和较弱基质的组合转化为较强基质包裹着较弱岩块，此时强度减弱的岩块受地震影响首先发生破裂，而周围较强基质由于尚未达到地震破裂状态，同时高应力导致基质的粘性降低引起蠕滑，因此产生震颤。这种震颤机制可以推广到可能有流体作用的有玄武岩-榴辉岩相变发生的更深区域的大型逆冲环境中。此外，研究还发现俯冲系统中震颤的应力降(stressdrop)相比微地震要低，这对于区分震颤和微地震有一定借鉴意义，而且流体压力在震颤的产生中也发挥着重要作用。该研究从地质岩石的微观角度揭示了非火山震颤的触发原因，对于我们认识非火山型震颤提供了新的思路与启发，同时对于天然和诱发地震活动分析、建模以及地震危险性分析提供了重要科学认识。

Jason Phipps Morgan为论文通讯作者，意大利佛罗伦萨大学教授Paola Vannucchi为论文第一作者，合作单位包含伦敦大学学院、帕多瓦大学、英国地质调查局以及罗马大学。以上研究工作得到了国家自然科学基金项目“新西兰火山弧和弧后扩张中心海-陆联测三维地震台阵探测”的资助。