东北能登半岛摩擦系数变化揭示的地震流体相关性及其动力学机制

本研究通过分析断层摩擦系数的动态变化，阐明了日本能登半岛东北部不同深度流体活动的时空演化规律及其对地震的触发机制。研究发现流体通过降低断层摩擦系数(μf)显著影响地震活动性，特别是2023年MW6.5和2024年MW7.5地震事件，并首次揭示流体可能源自地幔通过古岩浆通道上涌。该研究为理解流体-断层耦合作用提供了新的动力学证据。

　　

在日本能登半岛这个地质活动频繁的区域，一系列令人费解的地震现象引发了科学家的高度关注。自2021年起，该地区地震活动突然加剧，先后发生了2023年M_W6.5和2024年M_W7.5两次破坏性地震。更令人困惑的是，传统的地震模型难以解释这些地震的时空分布特征和能量释放模式。越来越多的证据表明，地下深处流动的神秘流体可能是解开这个谜团的关键——它们既能像润滑剂一样降低断层摩擦力，又能像高压水枪一样改变岩石的应力状态。然而，这些流体从何而来？如何运动？又是怎样影响地震活动的？这些问题一直悬而未决。

中国国家自然科学基金委员会资助的研究团队通过创新性地监测断层摩擦系数的动态变化，揭开了能登半岛地震活动的流体动力学机制。研究人员发现，该地区的地震活动与深部流体迁移存在惊人的时空对应关系。通过应力场反演和摩擦系数计算，他们重建了流体活动的"地下路线图"：这些源自地幔的流体通过古老的岩浆通道上涌，在16公里深度聚集形成"流体库"，最终触发M_W7.5大地震后沿断层向上迁移排泄。这项突破性研究发表在《Tectonophysics》上，为理解流体参与的地震循环提供了全新视角。

研究采用了三项关键技术：基于F-Net震源机制解目录的应力张量反演技术，通过网格搜索法计算不同深度(0-27公里)的摩擦系数；结合地震波速度变化和地电导率异常的流体示踪方法；以及利用b值时空演化分析流体压力的动态变化。这些方法的综合运用使研究人员能够定量刻画流体活动的四维特征。

【应力场和摩擦系数随深度的变化】
通过分析2021-2024年的地震数据，研究发现能登半岛的S₃主应力轴始终近垂直(73.48°-85.88°)，但摩擦系数呈现显著分层特征：在流体活跃的16公里深度，μ_f低至0.2-0.4，远低于Byerlee定律的常规值(0.6-0.9)。这种异常低摩擦状态与高压流体降低有效正应力的作用直接相关。

【流体来源】
多学科证据指向流体的深部起源：地震层析成像显示17公里深处存在S波反射体，地化分析发现富集He同位素，导电性异常区延伸至地壳深部。这些特征共同表明流体可能通过古俯冲带残留的岩浆通道从地幔上涌。

【结论】
这项研究首次建立了能登半岛地震活动的流体动力学模型：1) 地幔来源流体在16公里深度形成"流体库"，通过降低μ_f触发M_W7.5地震；2) 震后流体沿断层向上迁移至浅部(0-6公里)排泄，导致摩擦系数回升；3) 流体活动呈现"深部聚集-断层渗透-震后排泄"的三阶段模式。该发现不仅解释了能登半岛地震序列的异常特征，更重要的是建立了流体-应力-地震的定量关系，为地震预测提供了新的理论框架。正如研究者所言："断层摩擦系数的动态监测，就像给地球安装了'流体血压计'"。