2018年夏威夷地震后静态应力对基拉韦厄火山活动的启示：基于GPS数据的同震滑动模型与火山响应机制

本研究针对2018年夏威夷MW7.0地震如何通过静态应力变化影响基拉韦厄火山活动这一科学问题，利用57天连续GPS（cGPS）和6天半连续GPS数据构建了低倾角断层几何模型，揭示同震滑动峰值达2.4 m（深度4 km），释放矩量4.05×1019 Nm。通过库仑应力（ΔCFS）模型证实地震对基拉韦厄火山岩浆房产生0.1-0.27 MPa减压效应，促进东裂谷带（ERZ）岩浆通道形成与喷发，为火山-地震耦合机制提供了关键证据。

　　

2018年5月4日，夏威夷基拉韦厄火山南翼发生了一场M_W6.9逆冲型地震，这场地震不仅造成火山口塌陷和熔岩湖排空，更引发了一系列令人费解的现象：为何地震后基拉韦厄火山东裂谷带（ERZ）会爆发大规模裂隙喷发？地震与火山活动是否存在物理关联？这些疑问直指地球科学领域长期争议的火山-地震相互作用机制。传统观点认为，大型地震可能通过静态变形触发火山活动，但具体应力传递路径和量化影响始终缺乏精确模型支撑。

为破解这一难题，中国地震局研究人员联合团队开展了创新性研究。他们利用高精度连续GPS（cGPS）网络记录的57天形变数据，结合半连续GPS观测，首次构建了夏威夷地震的浅倾角（7.5°-2.5°）曲面断层模型。通过加权最小二乘法（WLS）剔除季节性信号和仪器误差，采用最速下降法（SDM）反演获得同震滑动分布。结果显示：地震释放矩量达4.05×10¹⁹ Nm（M_W7.0），峰值滑动2.39 m位于4 km深度，显著优于USGS和GCMT的高倾角模型拟合度（观测与预测相关性99.9%）。

关键方法
研究团队采用四种技术体系：1）GPS时间序列分析（剔除火山信号干扰）；2）曲面断层几何反演（优化倾角参数）；3）库仑应力计算（PSGRN/PSCMP代码）；4）岩浆房压力变化量化（σ_Vc=(σ_xx+σ_yy+σ_zz)/3）。数据源自美国地质调查局（USGS）30个连续GPS站和7个震后新增站点。

4.1 火山-地震演化时序
地震前17天（4月17日）基拉韦厄火山已出现侵入活动，震前2天熔岩湖开始排空。GPS记录显示，5月3日ERZ发生岩墙侵入，震后8天（5月12日）新裂隙在余震群区域形成，三个月内累计发生62次山顶塌陷事件。这一时序证实地震加速了预存的岩浆活动进程。

4.2 裂谷带解耦效应
通过计算正应力变化（Δσ），发现基拉韦厄火山南裂谷带（SRZ）0-15 km深度普遍受拉张（最大0.3 MPa），而东裂谷带（ERZ）呈现浅部拉张（0-6 km, +1 MPa）与深部挤压（6-15 km, -1 MPa）的二分格局。这种"上拉下压"的应力场直接促使浅层岩浆侵入ERZ，同时抑制深层活动，完美解释了震后喷发集中于ERZ的现象。

4.3 岩浆房体积扩张
弹性体积应力计算显示，基拉韦厄火山下8 km深处岩浆房压力降低0.27 MPa，是莫纳罗亚火山（0.01 MPa）的27倍。空间上，震中西北侧形成条带状减压区（最大1 MPa），而东南侧出现1.5 MPa压力累积。这种非对称分布与后续火山活动位置高度吻合。

5.1 同震模型对比
相较于USGS（倾角20°）和GCMT（19°）模型，本研究提出的曲面模型将滑动反演残差降低10 mm，更准确捕捉到近场形变特征。分辨率测试证实浅部滑动 asperities（凹凸体）能被可靠恢复，而前人模型因高倾角假设导致深部滑移高估。

5.2 滑脱断层应力调整
库仑应力（ΔCFS）分析显示，地震使滑脱断层（décollement）西北缘应力增加1 MPa，而东南缘应力释放达4 mPa。值得注意的是，80%余震分布在ΔCFS>0区域，且集中在滑动高值区外围，表明地震通过静态应力触发调整了断层系统的长期蠕变积累。

这项发表于《Geodesy and Geodynamics》的研究，首次量化了2018年夏威夷地震通过静态应力传递影响火山活动的全过程。其科学价值体现在三方面：1）建立曲面断层模型革新了俯冲带地震反演方法；2）证实0.1 MPa量级的体积应力变化足以调制火山喷发时序；3）揭示滑脱断层与火山系统的应力耦合机制，为未来灾害预警提供理论框架。正如作者Lupeng Zhang强调的，该研究为理解环太平洋"火环"地区地震-火山链式反应提供了关键案例。