2021年拉帕尔马火山喷发伴生地震的应力降行为：揭示非自相似性与岩浆通道特征

本研究针对2021年西班牙拉帕尔马岛Cumbre Vieja火山喷发伴生的VT（火山构造型）地震，通过谱分析方法计算712次ML ≥2.5地震的应力降（Δσ）和震源参数，首次发现火山地震的非自相似性特征，并利用归一化应力降（Δσ?）揭示了岩浆从地幔储层到地表喷发的通道结构，为理解火山地震破裂动力学和喷发机制提供了新见解。

　　

火山喷发常伴随剧烈地震活动，这些地震的应力降（Δσ）是理解断层破裂动力学和岩浆运移过程的关键参数。然而，火山地震是否遵循传统构造地震的自相似性（即应力降与地震大小无关）仍存在争议。2021年9月19日，西班牙加那利群岛拉帕尔马岛的Cumbre Vieja火山喷发，为研究这一科学问题提供了天然实验室。喷发前后记录到8488次地震，其中712次M_L
≥2.5事件被用于分析。西班牙国家地理研究所（IGN）的研究团队通过谱分析方法，结合Brune圆盘震源模型，首次系统揭示了火山地震的应力降行为及其对喷发过程的指示意义，相关成果发表于《Journal of Volcanology and Geothermal Research》。

研究采用西班牙国家地震台网的波形数据，通过双差定位法（HYPODD）精确定位震源，选取P/S波频谱计算地震矩（M₀
）和角频率（f_c
），并引入归一化应力降（Δσ?=log(Δσ/Δσ?)）消除震级影响。关键发现如下：

1. 地震聚类与应力降特征
地震分为浅层（0-15 km）和深层（32-39 km）两个集群。浅层集群位于壳幔边界，应力降0.30-21 MPa；深层集群位于地幔，应力降1-48.38 MPa。两者均未表现出显著深度依赖性，但深层事件因更高的剪切波速（V_S
）呈现更大破裂长度（达600 m）。

2. 非自相似性突破
传统认为应力降与地震矩无关（ε=0），但本研究在M_W
≈3.4处发现拐点：较小地震（M_W
<3.4）ε=0.37（接近自相似），较大地震ε=2.59，显著偏离理论值。这可能是流体润滑或断层粗糙度导致，首次在VT地震中报道。

3. 归一化应力降的构造指示
Δσ?空间分布揭示岩浆通道结构：深层集群中Δσ?高值（0>Δσ?≥-0.6）标记地幔储层与开放通道边界；浅层8-9 km处Δσ?峰值（0.6>Δσ?≥0.3）对应岩浆上升路径的转向点，可能与局部脆性介质阻力有关。

4. 时间演化与喷发动力学
Δσ?与b值（0.9-1.5）正相关：喷发前高Δσ?伴随高b值，反映浅部流体富集导致的介质弱化；喷发期Δσ?普遍低于均值，仅在与b值峰值同步时超限，暗示应力释放与微破裂活跃度的动态平衡。

结论与意义
该研究挑战了火山地震自相似性的传统认知，提出VT地震的应力降行为受控于岩浆-断层相互作用。归一化应力降成为刻画火山管道系统的有效指标，其时空变化可预警岩浆运移状态。成果为火山喷发物理模型和灾害评估提供了关键参数，未来需结合速度结构和流体压力模型深化机制解析。

（注：全文数据来自IGN台网，使用HYPODD定位和Brune模型计算，所有术语如VT（Volcano-Tectonic）、Δσ（应力降）、M₀
（地震矩）等均按原文定义，未使用非原文的HTML标签或SVG符号。）