长周期微震显示隐匿的地震触发流体活动可促进破火山口喷发

远方地震为何与火山有关

火山并不像表面看起来那样孤立。全球各地已有中等到大型地震在火山喷发前被观测到，有时仅相隔数小时。然而，科学家一直难以在大地震与喷发之间的短暂时间窗口内，确切观测火山内部发生了什么。本研究利用加拉帕戈斯群岛塞拉内格拉火山一次少有且仪器记录详尽的喷发，揭示了一串隐匿的事件：微弱、低频的颤动透露出被加压的流体在内部削弱火山结构，随后岩浆最终突破而出。

一个不安的岛屿火山

塞拉内格拉是一座广阔、碗状的火山，即破火山口，由于岩浆在约距地表2公里处的浅层板状贮体堆积，数十年来一直缓慢膨胀。贯穿火山口底部的一个主要内部断层系统称为“陷门断层”。过去的1979年和2005年喷发在该断层发生中等地震后不到三小时内即开始，提示断层滑动可瞬间“解铰”覆盖在岩浆上方的岩体并打开熔岩逸出的通道。但在2018年6月，在持续13年并累计超过6.5米的稳定抬升之后，陷门断层南段发生了5.4级地震——火山却在令人费解的八小时后才有反应。

聆听最微小的震动

与早期事件不同，2018年的这一过程由密集的地震仪和GPS接收器网络记录。作者结合了机器学习工具、自动阶段拾取器和模板匹配技术，构建了 eruption 当天更为完整的地震目录。这使他们能够检测到数千次微小地震，许多事件太弱以致传统方法无法发现。他们还使用类卫星GPS测量将地表位移追踪到几毫米精度。综合这些数据揭示了四个阶段：主震前的持续膨胀；余震的静默期且地表形变无可检测变化；与岩浆侵入相关的北部和西北部火山口边缘的突然破裂；最后是喷发，约在初始地震十小时后开始。

长周期地震的隐秘活动

关键发现是主震与岩浆运动之间那段“静默”八小时内发生的事情。主震约两小时后，在西北部火山口靠近名为Minas del Azufre的已知热液区出现了一类新的地震信号。这些是长周期微震——以低频为主、更像闷响而非清脆断裂的小型事件。它们以重复族群出现，波形几乎相同，时空上聚簇。细致分析显示，这些信号缺乏简单脆性断层滑动所期望的模式。有些成对事件甚至呈现“反复发”特征，波形极性相反，暗示局部应力方向发生快速翻转。结合它们位于界定贮体的断层一带，这些特征强烈指向加压流体或气体沿裂缝移动，而非普通岩体破裂。

从隐匿的流体到全面喷发

这些长周期群震持续了大约六小时，随后突然停止，随之而来的是能量更高、频率更高的地震占据主导，构造体开始失稳。大约在协调世界时17:00，地震率和震级跃升，标志着位于西北部火山口上方的岩体最终破裂，岩浆开始侧向侵入。高频GPS记录到浅层贮体塌陷时的快速地表运动，以及岩浆向地表推进。约两小时半后，靠近小火山（Volcán Chico）处出现裂缝并开始喷出熔岩，同时伴随持续的地震活动和火山口底部的快速沉降。在整个八小时的延迟期内，没有观测到贮体内部额外增压的迹象——没有额外抬升或地震风格的变化来表明来自更深处的岩浆被泵入。

这对火山灾害评估的意义

对于许多火山，人们很容易假设：邻近的大地震如果没有触发喷发，只是因为岩浆系统尚未准备好；或者当它触发喷发时，两者之间是直接关联的。本研究描绘了一个更为细腻的图景。在塞拉内格拉，主震向一个已处于膨胀与临界状态的贮体施加了强烈的应力冲击，但喷发仍然需要一个中介且大多不可见的阶段——在此阶段热流体沿断层渗动，增大孔压，并悄然地削弱周围岩体。只有在这种“隐匿”流体活动之后，构造体才崩解、岩浆得以逸出。研究结果表明，监测那些微小的低频微震可能对识别看似平静的火山是否已进入将地震扰动演化为喷发的最终不稳定阶段至关重要。

引用: Song, Z., Bell, A.F., LaFemina, P.C. et al. Long-period microseismicity reveals cryptic earthquake-triggered fluid activity can facilitate caldera eruptions. Nat Commun 17, 2040 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-68645-4

关键词: 火山, 地震触发, 塞拉内格拉, 岩浆与流体, 微震