与梅菲特·丹萨托（意大利）地幔CO2排放相关的长周期地震

宁静山谷下的隐秘震动

在意大利南部的一个偏远山谷，一座诡异的湖泊静静地从地球深处排放出大量二氧化碳。尽管地表风景看似平静，敏感的测量仪器却记录到地面微弱、有节律的颤动。本研究探讨这些细微的抖动——称为长周期地震——以揭示上升气体与地下水在岩石内部如何相互作用，以及这对局部危险性和我们对深部流体如何影响地震的更广泛理解可能意味着什么。

地球深呼吸的天然实验室

研究对象梅菲特·丹萨托是地表已知最大的冷源地幔来源二氧化碳之一。气体通过地表的喷口和一个小的冒泡湖逸出，湖床位于折皱和断层构造的岩层之上，处于南阿平宁两处易发地震区之间。先前研究表明，该地区持续“嗡嗡作响”存在热液颤动——一种与地下气体和流体流动相关的连续、低幅振动。在这种背景噪声之上，研究人员注意到一些短时低能量的脉冲，表现不同：只有几秒钟的短波列，频谱集中在约0.7到7赫兹之间。这些信号类似于活火山中常见的长周期事件，尽管梅菲特表面没有岩浆活动。

监听反复出现的地下音符

研究小组在喷口周围布设了一个小型地震仪阵列，持续观测数月，并使用一枚特别清晰的事件作为“模板”在连续记录中搜索类似信号。通过对选定波形进行细致的互相关并按振幅筛选，他们在最靠近湖泊的台站建立了近千条匹配的长周期地震目录，在周边台站发现了数百条。采用先进的信号分离技术——独立成分分析，显示这些事件始终包含两条主要的音带：一条在约2–4赫兹，类似于常在的颤动，另一条在约6.5–7.5赫兹，突出为一个几乎单音的成分。该模式表明这些地震代表一种特定的震源过程，可以在不同的“模态”振动之间转换。

裂缝、气泡与共鸣的岩石

为探究可能的振动源，研究者使用称为Sompi分析的方法研究信号如何随时间衰减。主导音带（约3.5到10赫兹）衰减迅速，表明低“品质因数”——这是耗能共振体的特征，例如流体在粗糙裂缝中摆动。将这些值与简单的物理公式结合，他们推断出充液裂缝长度为数米但宽度仅为毫米的零点几分之一，位于距地表约40米处，深于连续颤动的主要源。另一项气泡共振计算表明，水中含气块的有效尺寸约为数厘米量级，与现今干涸湖床上可见喷口的尺度相当。所有证据线索指向富含CO2的水在狭窄裂隙内振动，伴随气泡的形成、生长与振荡。

向地表传播的混合波

研究组还检查了每次事件期间地面的运动。在最近的台站，许多较强地震显示近乎直线的颗粒运动，方向指回湖泊，这是一种通过岩石传播最快的压缩波的特征。远离源区时，运动变得更为椭圆，表明表面波沿地表传播的成分在增加。通过测量台站间的极微时间延迟并利用地下浅层速度成像，作者推断这些长周期地震由体波与沿层状含水地层传播的表面波混合构成。它们的表观速度和方向与位于喷口下方的致密震源一致，而非远方地震源。

为何这些温和地震重要

综合来看，研究表明梅菲特·丹萨托的不寻常长周期地震并非微型构造地震，也不是简单噪声，而是约40米深、冒泡湖下狭窄裂缝中富气水体的节律性共鸣。上升的CO2–水混合物中的压力变化似乎驱动了该系统：当压力足够增高时，裂隙和气泡云像天然乐器一样响应，短暂发出地震仪能检测到的低频音调。由于同一深源气体被认为会影响更大尺度的区域性地震，追踪这些微弱信号或可为监测流体在地壳中移动提供新途径。梅菲特因此成为一个罕见的非火山性试验场，科学家可以在此观察并聆听地球深层的呼吸如何悄然摇动地面。

引用: Cusano, P., Morabito, S., Petrosino, S. et al. Long period quakes linked to Mefite D’Ansanto (Italy) mantellic CO₂ emissions. Sci Rep 16, 12453 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-42564-2

关键词: 长周期地震活动, CO2 排气, 热液颤动, 充液裂缝, 南阿平宁山脉