中国科大利用火车震动信号探究San Jacinto断层带周围地震波波速对应变的响应关系

近日，中国科学技术大学地球和空间科学学院特任教授盛一笑与法国格勒诺布儿-阿尔卑斯大学地球科学研究所合作，探究了美国南加州San Jacinto断层区附近地震波速度与潮汐应变之间的关系，为理解构造应变累积和地震发生机制提供新的信息。相关成果以“In Situ Velocity-Strain Sensitivity Near the San Jacinto Fault Zone Analyzed Through Train Tremors”为题发表在期刊《Geophysical Research Letters》上。

图1. 研究区域地图

通过使用火车震动作为纵波信号源，研究人员开发了一种基于地震波波速变化监测断层区活动的新方法。研究部署了密集的节点地震仪阵列，用于追踪定位火车产生的震动信号，再构建纵波互相关函数，以此减少震源变化对互相关函数到时的影响。

图2. 通过密集台阵追踪定位火车信号源并构建纵波互相关函数

研究揭示了纵波到时和潮汐应变有较明显的正相关，并估算出空间平均的速度-应变敏感值为6.25×10⁴。该敏感值与以往的研究结果处于相同量级，但略高于其他地区的估算结果。可能原因是本研究区域靠近断层破裂带，岩石孔隙密度大，对潮汐力变化响应更敏感。

图3. 纵波到时变化和潮汐应变之间呈正相关关系

研究人员进一步探究了速度-应变敏感性随深度的变化关系。在敏感值随深度指数衰减的假设下，通过互相关函数全波形模拟，此研究揭示地表敏感值接近1.2×10⁵且衰减率约为0.05 km⁻¹。该衰减率远小于传统假设值，这突显了进一步研究速度-应变敏感性的深度依赖的必要性。这些发现有助于更好地理解地球内部应力应变和地震波速度变化之间的关系，对于地

产生机理和地震科学预报有重要意义。

图4. 互相关全波形模拟揭示速度-应变敏感性随深度变化关系

论文链接：https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1029/2024GL110113