马约特岛海底火山活动中的甚低频地震事件源参数研究：对跨地壳岩浆系统的启示

《Geophysical Journal International》：Source Parameters of Very Low Frequency Events During the Mayotte Seismo-Volcanic Crisis (May 2018–January 2022)

本研究针对2018-2022年马约特岛地震火山危机期间发现的甚低频(VLF)事件，通过开发光谱检测算法、三维反投影定位方法和全波形模拟，确定了VLF源位于近端火山构造群顶部20-30公里深度，揭示了其起源于复杂跨地壳岩浆系统中岩浆填充岩床的共振机制，为理解深海火山过程提供了新的诊断工具。

　　

在印度洋科摩罗群岛附近的马约特岛，2018年5月开始了一场引人注目的地震火山危机。这场危机的标志性发现是岛屿东部一座新海底火山——Fani Maoré火山的诞生。危机期间，地震台站记录到持续不断的甚低频(VLF)地震活动，这些事件具有超过25分钟的长周期振荡特征，主要频谱峰值出现在67 mHz和167 mHz。这些异常信号引起了全球地震学家的广泛关注，特别是2018年11月11日发生的那个在全球范围内被记录的奇特事件。

传统火山地震活动通常分为火山构造(VT)事件、长周期(LP)事件、甚长周期(VLP)事件和超长周期(ULP)事件。然而，马约特VLF事件与这些已知类型截然不同，其持续时间从几分钟到几小时，包含数百次振荡，远超过常规VLP信号仅持续数秒到分钟的特征。这种长寿命、低频率、近乎单色的振荡在全球范围内仅有一个类似案例——法属波利尼西亚的Le Rocard火山。

研究人员面临的核心问题是：这些异常信号的物理起源是什么？它们与新兴海底火山有何关联？为了解答这些问题，Angèle Laurent及其合作者开展了一项系统性研究，分析了2018年6月至2022年1月期间记录的780多个重复性VLF事件。研究成果发表在《Geophysical Journal International》上。

研究团队采用了多种先进技术方法：开发了基于光谱的检测算法来识别VLF事件；建立了三维反投影定位方法确定震源位置；进行了全波形模拟来约束源机制和几何特征。数据来源包括宽带海底水听器组成的密集局部地震台网，确保了观测的全面性和准确性。

VLF事件检测与2018-2022年目录构建

研究人员设计了专门的单台站检测器来识别10-20秒周期带的准单色瞬变信号，这些信号持续时间超过300秒。算法通过两小时的滑动窗口扫描连续数据，经过带通滤波(0.05-0.1 Hz)和1比特归一化预处理步骤。最终目录包含了782个VLF事件，根据持续时间(350-5000秒)和波形特征分为简单单相位事件和复合多相位事件两大类。

VLF活动的时间演化显示出明显的阶段性特征。阶段1(2018年6-10月)为激活阶段，活动缓慢上升，以约1事件/天的速率发生，以上升3.7%的主导周期为特征。阶段2(2018年10月-2019年7月)为爆发阶段，活动强度增至约2事件/天，并出现三次主要群发事件。阶段3(2019年4月-2022年1月)为衰减/稳态阶段，活动显著减少至每10天约2事件，能量下降两个数量级。

VLF源的水平定位

利用海底台站数据，研究人员开发了基于波形相干性的反投影定位方法。由于VLF事件是 emergent 信号，缺乏清晰的P波或S波到时时，传统地震定位方法不适用。通过计算所有台站对之间的互相关，并将其反投影到三维空间网格上，研究获得了稳定的震中位置。

结果显示，VLF源定位于小地岛(Petite-Terre)以东12±2公里处，位于近端地震群的无震核心区内。这一位置在2018-2022年期间保持稳定，支持了单一、持续性源机制的解释。

通过全波形模拟确定VLF源深度

观测到的垂直轴对称辐射模式将可能的源机制限制在完全各向同性(ISO)和垂直补偿线性矢量偶极(CLVD)两个端元模型之间。研究人员还测试了作为中间模型的垂直张裂裂缝(TC)，该模型包含取决于v_P/v_S比的ISO和CLVD比例。

0.7，占目录30%)与垂直CLVD源(vP/vS=1.6)在5-50公里深度的合成延迟比较。'>

通过比较观测与合成信号的视相速度传播和缩放瞬态振幅两个指标，研究发现最佳拟合模型是位于20-30公里深度的垂直CLVD源。浅部源(≤15公里)被强烈排除，这与当地层析成像显示的高v_P/v_S异常区相一致。

讨论与结论

研究表明，马约特VLF事件起源于20-30公里深处的岩浆填充岩床的共振。非整数峰值比(R_periods=2.45)表明振荡缺乏明确的基本模式，可能源于岩浆填充腔体的自由振荡和/或复杂的源几何形态。

VLF共振的触发可能与附近断层的地震或无震滑移有关。高频地震事件(VT和/或LP)与VLF信号的共存表明存在机械触发过程。近端地震群可能反映了被解释为渐进式张性活塞坍塌的亚垂直结构，诱导了VT和LP地震活动。

该研究强调了VLF信号作为马约特跨地壳岩浆系统内岩浆过程敏感指示剂的作用。VLF源位于居住区与新形成的Fani Maoré火山之间的界面处，作为浅部和深部系统汇聚的节点，对火山和地震灾害评估提出了重要挑战。

这项研究不仅揭示了马约特海底下深部岩浆过程的新机制，还为全球类似海底火山系统的监测和理解提供了重要参考。通过先进地震学方法的诊断能力，研究人员成功描绘了深海火山过程的复杂图像，为未来火山灾害评估和预警提供了科学基础。