中国云南洱源-漾濞地震区流体迁移与断层阀行为控制的间歇性地震研究

作者及机构
本研究的通讯作者为重庆大学资源与安全工程学院的Nian Yu（余念），第一作者为Zikun Zhou（周子坤）。合作者包括来自重庆大学煤矿灾害动力学与控制国家重点实验室、资源与安全工程学院及电气工程学院的科研团队。研究成果发表于2025年的Geophysical Research Letters期刊，标题为《Episodic earthquakes controlled by the migration of crustal fluids and fault valve behavior》。

学术背景
研究聚焦于青藏高原东南缘的云南洱源-漾濞地震带，该区域以频繁但间歇性的中强地震活动著称。传统理论认为地震与已知断裂带直接相关，但该区域地震却发生在非典型断裂位置，暗示可能存在新的发震机制。前人研究提出地壳流变、流体活动或地壳减薄是诱因，但地震震源深度（10–15 km）浅于地壳流变带（25–35 km），表明需探索更直接的驱动因素。本研究通过三维电阻率成像，揭示地壳熔体和流体迁移如何通过“断层阀行为”（fault valve behavior）调控地震周期性活动。

研究流程
1. 数据采集与处理
- 方法：采用大地电磁法（Magnetotelluric, MT），在30个宽频MT站点（平均间距10 km）记录电磁场数据（周期范围320 Hz–2,000 s），使用Phoenix MTU-5A仪器，单站点记录时长超40小时。
- 创新点：通过远程磁参考（remote referencing）和稳健统计方法（robust statistical methods）提升数据质量，采用模块化电磁反演系统（ModEM）进行三维电阻率建模，迭代171次后获得最终模型（拟合误差2.34）。

1. 电阻率模型构建

   • 分辨率：水平网格3 km，垂直网格逐层加密，初始模型为均匀100 Ω·m电阻率。
     
   • 关键异常：识别出三个低电阻率异常（D、E、F）：
     
     • D异常（20 km深度，7 Ω·m）：与中地壳熔体相关，推测为青藏高原地壳流（crustal flow）南迁形成的含水熔体（熔融比例9.7–25.8 vol.%）。
       
     • E异常（10 km深度，3 Ω·m）与F异常（3 km深度，10 Ω·m）：代表熔体冷却释放的含盐流体（盐度5 wt.%，体积分数5–10 vol.%）。
       

2. 地震活动关联分析

   • 空间分布：地震集中于低阻异常边缘（如D与E交界处），而非异常内部，符合“电阻率边界控震”模式（类似俯冲带地震 nucleation 机制）。
     
   • 机制验证：结合地震波速度（VP/VS）异常与地热数据（热流值>120 mW/m²），排除石墨膜（graphite films）或金属硫化物（metallic sulfides）的干扰，确认熔体与流体的主导作用。
     

主要结果
1. 流体驱动地震的循环模型
- 阶段1：地壳流持续补给中地壳熔体（D异常），熔体冷却释放含盐流体（E异常），在上地壳脆-韧性过渡带（brittle-ductile transition）积累。
- 阶段2：流体压力升高导致断层阀开启，流体沿隐蔽断裂（concealed faults）上涌，触发地震（如2013年洱源MW 5.4地震）。
- 阶段3：震后热液沉淀（hydrothermal sealing）封闭断裂，系统重启新一轮流体积累。

1. 多学科证据链
   
   • 地球化学：洱源地区温泉水的循环深度（5.2–9.9 km）与地震深度一致，佐证流体活动。
     
   • 岩石物理：熔体电阻率（1.5 Ω·m）与地震波速降低（VP下降5%）共同约束熔融比例。
     

结论与价值
1. 科学意义
- 提出“熔体-流体-断层阀”联动机制，解释了非断裂带地震的周期性特征，丰富了流体诱发地震（fluid-induced seismicity）的理论框架。
- 证实青藏高原地壳流对边缘地震带的持续能量输入，为板块碰撞带地震预测提供新视角。

1. 应用价值
   
   • 电阻率成像可作为地震危险区划的辅助手段，尤其适用于隐伏流体活动区域。
     
   • 断层阀行为的周期性模型有助于评估地震复发间隔。
     

研究亮点
1. 方法创新：首次在洱源-漾濞地区融合三维MT成像与地震波速数据，量化熔体与流体参数。
2. 理论突破：揭示地震与电阻率边界的空间耦合性，挑战传统断裂控震模型。
3. 跨学科整合：综合地热、地球化学、岩石物理证据，构建闭环解释模型。

其他价值
研究数据公开于Zenodo平台（Yu & Zhou, 2025），支持后续对比研究。团队开发的ModEM反演流程为高分辨率地壳成像提供了标准化工具。