中国科大揭示海洋转换断层周期性震群及其复发模式转变控制机制

近日，我院张诗淮研究员团队联合中国科学院武汉岩土力学研究所李霞颖副研究员，在海洋转换断层震群活动的深部物理机制研究方面取得重要进展。相关研究成果以“Hydro-Mechanical Controls on Swarm Recurrence on the Westernmost Gofar Transform Fault, East Pacific Rise”为题，于2026年3月27日在线发表在地球科学领域知名期刊《Geophysical Research Letters》上。

震群(Swarms)通常受无震变形、流体运移和应力变化的共同调控，是探测断层深部流体环境与应力演化状态的天然探针。然而，受限于常规地震目录的分辨率，震群复发规律及其精细演化过程长期以来难以被定量表征。本研究利用基于机器学习算法构建的高分辨率微震目录，对东太平洋Gofar转换断层最西端(P0段)的震群序列进行了精细的时空聚类分析，清晰地揭示了断层内部先后存在五个空间独立的流体腔室(图1)。在2008年9月M6.0主震(P2段)发生前，断层西侧的三个腔室展现出显著的准周期性震群活动及腔室间的迁移特征。主震发生后，断层东侧演化出两个新的腔室，其内部震群分布更加紧凑，与主震前相比，表现出完全不同的复发模式。

图1东太平洋Gofar转换断层最西侧震群时空分布。

针对上述观测现象，研究团队基于岩石物理机制，建立了耦合蠕变压实、剪切扩容、弹性应力传递以及速率-状态摩擦规律的流固耦合三维断层模型。模拟结果证实，正是这种基于岩石物理特性的“压实-扩容循环”及其导致的孔隙压波动，驱动了腔室内部的应力积累与释放，从而控制了震群的准周期复发。研究进一步发现，M6.0主震重置了P0段的流体-力学-化学状态，不仅促进了新流体腔室的重建，更从根本上改变了新震群的复发规律(图2)。这一具有自组织特性的循环机制，将震群活动与流体压力及应力重新分布紧密联系，为解释活跃断层系统中多样化滑动模式提供了全新的岩石物理视角。

图2主震前后地震间相互作用机制的转变。(a, b) 主震前后两个代表性震群的时空分布演化特征。(c, d)模拟的主震前后震群活动及其滑移速率和孔隙压力演变。(e)2008年震群活动的最邻近聚类统计。

本研究通过天然观测与数值模拟相结合，定量阐明了流体与力学过程对断层滑动模式的关键调制作用。研究结论强调，震群的复发规律及其模式转变，本质上受控于断层带内应力赋存状态与流体化学环境的动态耦合。主震引发的应力、孔压与化学环境改变，共同重塑了断层的物理化学背景，进而引起震群的震后重建与复发模式转变。该成果为深入理解海洋转换断层及富流体断层系统的复杂应力演化及其复杂滑移行为提供了关键的物理支撑。

论文第一作者是我院博士研究生蒋林桐，通讯作者是张诗淮研究员。该研究得到了深地国家科技重大专项(2024ZD1000406)及国家自然科学基金(52527805)的资助。

  论文链接：https://doi.org/10.1029/2025GL119319