中国科大揭示潮汐力对断层破碎带内地震波速变化的显著影响

近日，中国科学技术大学地球和空间科学学院姚华建教授团队，通过对青藏高原东南缘安宁河断裂带区域的地震波速的时间变化进行监测，发现潮汐力对断层破碎带的地震波速变化具有显著影响。相关成果以“Pronounced temporal velocity variations within the fault fracture zone in response to Earth tide modes”为题，在国际知名期刊《国家科学评论》（National Science Review）2025年第4期正式发表。

地震学研究长期关注断裂带内的应力状态，因其直接关系到地震的孕育、发生与演化过程。通过监(jiān)测(cè)断(duàn)裂(liè)带(dài)的(de)应(yīng)力(lì)状(zhuàng)态(tài)，科(kē)学(xué)家(jiā)们(men)希(xī)望(wàng)揭(jiē)示(shì)潜(qián)在(zài)的(de)地(de)震(zhèn)前(qián)兆(zhào)，为(wèi)防(fáng)震(zhèn)减(jiǎn)灾(zāi)提(tí)供(gōng)观(guān)测(cè)和(hé)理(lǐ)论(lùn)依(yī)据(jù)。由(yóu)于(yú)目(mù)前(qián)直(zhí)接(jiē)测(cè)量(liàng)断(duàn)裂(liè)带(dài)内(nèi)的(de)实(shí)际(jì)应(yīng)力(lì)具(jù)有(yǒu)挑(tiāo)战(zhàn)性(xìng)，地震波速变化作为一个重要的地震学参数，能够反映断裂带应力状态的变化，因此波速时变监测成为一种重要的介质变化监测手段。此外，潮汐力作为影响介质应力状态的重要因素，目前尚没有潮汐力如何影响断裂带内地震波速随时间变化(huà)的(de)高(gāo)分(fēn)辨(biàn)观(guān)测。

研究团队利用布设于青藏高原东南缘安宁河断裂带的密集地震台阵采集的连续噪声数据，并通过地震干涉技术计算了安宁河断裂带区域地下介质的地震波速度变化。结果显示，波速变化具有明显的(de)日(rì)周(zhōu)期(qī)和(hé)半(bàn)日(rì)周(zhōu)期(qī)特征，且在断层破碎带内这种周期性变化更为显著。此外，在去除环境因素后，断层破碎带(dài)内(nèi)还(hái)呈(chéng)现(xiàn)显(xiǎn)著(zhe)的月周期变化。研究人员将波速变化结果与理论潮汐应变进行比较，发现二者在日周期、半日周期和月周期成分上均表现出良好的相关性，这表明这种周期性变化主要受潮汐力影响

通过远震体波波形数据标准谱比法的分析结果显示，由于放大效应，断层破碎带区域的振幅谱比值显著高于其他区域，表明该区域介质破碎程度更高(图1B)。潮汐力通过引起地下介质中微小裂隙的周期性张开与闭合，进而影响地震波速变(biàn)化(huà)。通(tōng)常(cháng)情(qíng)况(kuàng)下(xià)，当裂隙张开时波速降低，裂隙闭合时波速升高。由于断层破碎带内介质破碎程度更高，微小裂隙更为发育，因此该区域对潮汐力的响应(yīng)更(gèng)为敏感，导致观测到的波速变化更为显著

本研究采用基于连续背景噪声的监测方法，成功捕捉到潮汐力对断层破碎带结构的显著影响，揭示了潮汐力在没有地震发生时期对断裂带内部应(yīng)力(lì)场(chǎng)的(de)扰(rǎo)动(dòng)作(zuò)用(yòng)，为(wèi)构(gòu)建(jiàn)活(huó)动(dòng)断(duàn)裂(liè)带(dài)时(shí)变(biàn)地(de)球(qiú)物(wù)理(lǐ)综(zōng)合(hé)观(guān)测(cè)系(xì)统(tǒng)提(tí)供(gōng)了(le)重(zhòng)要(yào)手(shǒu)段，对研究断裂带地震活动性变化和地震孕育发生机理具有重要的科学意义。

论文第一作者为中国科学技术大学地球和空间科学学院博士生孙腾辉，通讯作者中国科学技术大学姚华建教授，香港中文大学杨宏峰教授是论文的主要合作者之一。该工作得到了国家重点研发计划项目、国家自然科学基金、地震预测重点实验室专项基金以及科技创新2030―“量子通信与量子计算机”重大项目的支持。