圣托里尼与科伦坡火山耦合岩浆系统的地震与大地测量学研究揭示深部岩浆迁移过程

本文结合地震学（Seismology）与大地测量学（Geodesy）数据，利用机器学习地震目录重建了2025年圣托里尼火山-构造危机前后的岩浆迁移过程，揭示了相距仅7公里的圣托里尼与科伦坡火山系统之间存在深部耦合关系。研究通过高精度震源定位、形变反演和震矩张量分析，刻画了长约13公里、体积达0.31 km3的岩墙侵入事件，并发现中地壳岩浆房（7.6 km深）的收缩与浅层岩浆补给（3.8 km深）的联动现象，为理解火山系统相互作用与灾害预警提供了关键依据。

时空演化与地震活动特征

自2024年9月起，圣托里尼火山口区域出现地震活动增强现象。至2025年1月27日世界时19:00，一场强烈的地震群在圣托里尼东北10公里、科伦坡东南2公里处突然爆发。此次地震群持续超过30天，累计记录超过3万次地震事件，震源深度介于5-18公里之间，最大矩震级达M_W＞5.0。通过机器学习算法构建的高分辨率地震目录显示，地震活动呈现出明显的阶段性迁移特征：初始阶段（Ⅰ期）震源向圣托里尼方向迁移，随后转向东北方向；Ⅱ期（2月1日起）震源变浅并向阿尼德罗斯岛方向迁移，速率约1 km/h；Ⅳ期（2月10-11日）出现深部（12公里）水平迁移，延伸达25公里。地震活动与强烈的地震颤动（tremor）信号同步出现，频率集中在1-10 Hz，表明岩浆流动与裂隙扩展过程。

震源机制与应力场特征

研究团队对180个M_W＞3.6地震事件进行了贝叶斯全波形震矩张量反演。结果显示，张力轴（T-axis）呈NW-SE向分布，与地震迁移路径垂直，符合正断层机制主导的拉张环境。大部分事件表现出非双力偶成分，包含正各向同性和补偿线性矢量分量，暗示了伴随剪切破裂的扩张性过程。侧向迁移阶段（Ⅱ和Ⅳ期）以正断层机制为主，而向上迁移阶段（Ⅲ期和Ⅳ期初期）则出现大量走滑事件，集中在阿尼德罗斯岛东南区域。这种时空演化模式与冰岛、基拉韦厄等伸展背景下的岩墙侵入事件高度相似。

地表形变与岩浆迁移模型

大地测量数据揭示了显著的地表形变过程。2024年7月至2025年1月期间，圣托里尼火山口出现约50 mm的隆升，对应浅层岩浆房（3.8公里深）的膨胀，体积增加约0.004 km3，流入速率约0.26 m3/s。岩墙侵入开始后，GNSS站记录到圣托里尼岛超过10 cm的水平位移，科伦坡火山口海底压力传感器（OBSP）显示18-32 cm的沉降。联合反演InSAR、GNSS和OBSP数据表明，岩墙长约13公里，从5公里延伸至11.5公里深度，体积增加0.313 km3；同时科伦坡下方7.6公里深的中地壳岩浆房出现收缩，体积减少0.076 km3。时间序列分析显示，岩浆流入速率在2月4-12日达到峰值（＞200 m3/s），随后逐渐减弱。

火山系统耦合与深部联系

圣托里尼与科伦坡火山虽共享相同的深部岩浆供给系统，但各自的浅部岩浆房具有独立的演化历史。地震层析成像显示，该区域存在两个显著的低P波速度异常区（L3和L4），解释为含5-14%部分熔体的中地壳岩浆存储系统。2025年岩墙侵入事件起源于L4异常区边缘（18公里深度），随后向上迁移并绕行L3存储区，最终停留在5公里深度。岩墙体积与岩浆房收缩体积之比约为4:1，表明岩浆来源相对原始，不同于埃特纳等富气体系统的高比率特征（17-32:1）。这种耦合机制可能通过地壳应力传递或深部流体压力变化实现，类似夏威夷、冰岛等地区的火山相互作用。

构造控制与灾害意义

该区域位于圣托里尼-阿莫戈斯构造带，其特征为一系列地堑系统和转换斜坡构造。岩墙沿NE方向扩展，重新激活了区域主要断层，包括1956年引发海啸的M_W7.5阿莫戈斯地震断层。海底地震反射数据显示，浅部地层被大量小规模断裂切割，控制着海底麻坑（pockmark）和科伦坡火山链的线性分布。水深度对喷发爆炸性具有重要控制作用：科伦坡火山链形成于400米以深水域，抑制了准岩浆爆炸，而2025年岩墙侵入位于约200米浅水区，增加了未来喷发的灾害潜力。历史记载表明，1650年科伦坡喷发曾同时引发卡梅尼岛的火山活动，暗示了两火山系统之间的周期性联动。

监测技术与方法创新

研究采用了多学科监测技术：利用PhaseNet神经网络算法自动识别P波和S波到时；通过统计震源特定台站项（SSST）校正三维速度结构异质性；使用covseisnet方法检测相干震颤信号；结合船载海洋地震仪（OBS）和海底压力传感器（OBSP）获取海洋区域数据；采用贝叶斯反演框架（GBIS软件）联合解释形变数据。这些技术实现了近实时高精度地震定位与过程重建，为火山灾害预警提供了新的技术途径。

结论与展望

2025年圣托里尼-科伦坡危机揭示了火山系统之间复杂的相互作用。尽管存在明显的前兆信号（火山口膨胀、地震活动增强、气体通量增加），但岩墙侵入的级联演化过程仍难以预测。研究表明，相距仅7公里的火山系统可能通过深部岩浆供给层产生联动，浅部岩浆房的完整性控制着岩墙侵入或喷发活动的发生位置。未来需要持续开展地震学、大地测量学和流体地球化学的综合监测，以改进灾害评估与预警能力。特别需要关注阿尼德罗斯块体的构造薄弱带和科伦坡火山链的流体迁移通道，这些区域可能是未来岩浆突破的首选路径。