地空學院薛蓮團隊通過地震活動性周期調制揭示孔隙流體對孕震過程的關鍵作用
地震活動性對不同應力加載的響應可以約束地震發生的物理機制和過程。其中不同頻率的周期力對地震活動性的調制尤為重要，因為這種現象可揭示孕震時間和過程等重要信息。人們還沒有完全認識相關的物理過程和機制，已有的研究都從實驗室和理論分析出發，但自然界中觀測的相關探究比較少。自然界中存在潮汐加載（日周期）和水文加載（年周期）兩種周期不同的周期性應力擾動，為研究地震活動性周期調制現象提供了寶貴的機會。
地球與空間科學學院薛蓮助理教授團隊深入分析了美國圣安德烈斯斷層中段（CSAF）上發生在較淺深度的常規地震和發生在較深深度的低頻地震活動性對潮汐和水文調制的響應，發現常規地震更容易受到年周期水文加載的調制，而低頻地震更容易受到日周期潮汐加載的調制，即兩種震源類型的周期調制現象具有截然不同的周期依賴性（圖1）。
圖1：常規地震與低頻地震截然不同的周期調制現象。（A）本研究的研究區域。（B）常規地震受潮汐加載的調制。（C）常規地震受水文加載的調制。（D）常規地震周期調制的統計顯著性。（E）低頻地震受潮汐加載的調制。（F）低頻地震受水文加載的調制。（G）低頻地震周期調制的統計顯著性
為了解釋這一觀測現象，團隊提出了結合孔隙流體擴散與地震非瞬態失穩過程的物理模型SRM-DD（Spring-slider Rate-and-state Model with Dilatancy and Diffusion），該模型通過引入兩個孕震過程中的特征時間，成功解釋了觀測中截然不同的周期依賴性，由此揭示了孔隙流體在孕震過程中不可忽略的重要作用。進一步，團隊基于SRM-DD定量約束了常規地震和低頻地震的模型參數，其中流體含量在深度上的分布不僅能解釋常規地震和低頻地震在潮汐調制和水文調制上的差異，更與滑動模式在深度上的轉變相符，說明孔隙流體的分布是孕震環境中重要物理因素（圖2）。相關模型有望推廣至俯沖帶等區域，以充分利用地震活動性周期調制現象中蘊含的關于地震動力學的寶貴信息。
圖2：斷層孔隙流體對孕震環境的作用。（A）CSAF流體分布與滑動模式分布示意圖。（B）根據周期調制約束出的模型參數及其在深度上的延拓。（C）模型預測的周期調制現象與斷層滑動模式在深度上的變化
相關研究成果以“Tidal and Hydrological Seismicity Modulations Reveal Pore Fluid Diffusion during Earthquake Nucleation”為題，近期發表在Science Advances上。文章第一作者為北大地球物理博士畢業生趙澤嚴（現為中國地震局地質研究所博士后），薛蓮為通訊作者。合作者還包括美國加州大學伯克利分校的Roland Bürgmann教授，冰島大學的Elías Heimisson助理教授，北大地球物理博士畢業生陸威帆以及北大地球物理岳漢副教授。該項目得到了國家自然科學基金委創新群體項目（批準號：42021003）等的資助。
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