科学家在南极海底火山Orca记录了超过85000次地震

来自德国、意大利、波兰和美国的研究人员参与了这项研究，该研究由德国波茨坦地学中心(GFZ)的Simone Cesca领导。他们能够结合地震学、大地测量学和遥感技术来确定岩浆如何从地壳-地幔边界附近的地幔快速转移到几乎是地表的地方引起群震。

群震主要发生在火山活跃地区。因此，地壳中的流体运动被怀疑是其原因。Orca火山是一个大型海底盾状火山，离海底约900米高，底部直径约11公里。它位于布兰斯菲尔德海峡，这是南极半岛和南设得兰群岛之间的一条海洋通道，位于阿根廷南端的西南方。

“在过去，这个地区的地震活动是温和的。然而，在2020年8月，那里开始了强烈的群震，在半年内发生了超过85000次地震。它代表了那里有史以来最大的地震动荡，”GFZ 2.1地震和火山物理学部门的科学家、现已发表的研究报告的主要作者Simone Cesca说。在群震发生的同时，邻近的乔治王岛也记录到了超过10厘米的横向地面位移和大约1厘米的小幅度隆起。

在偏远地区进行研究的挑战

Cesca与来自意大利国家海洋与地球物理研究所和博洛尼亚大学（意大利）、波兰科学院、汉诺威大学、德国航空航天中心（DLR）和波茨坦大学的同事一起研究这些事件。研究人员面临的挑战是，在这个偏远地区几乎没有常规的地震学仪器，即只有两个地震台和两个GNSS台（全球导航卫星系统的地面站，测量地面位移）。为了重建动乱的时间顺序和发展，并确定其原因，该小组因此额外分析了来自更远的地震站的数据和InSAR卫星的数据，后者使用雷达干涉测量法来测量地面位移。一个重要的步骤是用一些地球物理方法对这些事件进行建模，以便正确解释数据。

重建地震事件

研究人员将动乱的开始时间追溯到2020年8月10日，并将原来只包含128次地震的全球地震目录扩展到85,000多个事件。群震在2020年10月2日（Mw 5.9）和11月6日（Mw 6.0）发生了两次大地震，达到了顶峰，然后消退。到2021年2月，地震活动已明显减少。

科学家们认为，岩浆侵入，即更大体积的岩浆迁移，是群震的主要原因，因为仅靠地震过程不能解释乔治王岛上观察到的强烈表面变形。在大地测量数据的基础上，可以独立确认体积岩浆侵入的存在。

从其起源开始，地震活动首先向上移动，然后横向移动：较深的群震被解释为对来自上地幔或地壳-地幔边界的储层的垂直岩浆传播的反应，而较浅的、地壳地震在横向增长的岩浆堤顶触发的NE-SW延伸，其长度达到约20千米。

到11月中旬，在持续活动约三个月后，地震活动突然减少，与该系列最大地震的发生相对应，其震级为Mw 6.0。群震的结束可以解释为岩浆堤的压力损失，伴随着一个大断层的滑动，并可能标志着海底喷发的时间，然而，这还不能被其他数据所证实。

通过对全球导航卫星系统和InSAR数据进行建模，科学家们估计布兰斯菲尔德岩浆侵入体的体积在0.26-0.56平方公里之间。这使这一事件也成为南极洲有史以来地球物理监测的最大岩浆动荡。

Simone Cesca总结说：“我们的研究代表了对地球上一个偏远地区的地震-火山动荡的新的成功调查，在那里，地震学、大地测量学和遥感技术的综合应用被用来理解地震过程和岩浆运输在缺乏仪器的地区。这是我们可以利用地球物理工具观察岩浆从上层地幔或地壳-地幔边界侵入浅层地壳的少数情况之一--岩浆从地幔快速转移到几乎是地表，只需要几天时间。”