如果把海底断层比作一个活着的生命体，那么它或许真的会“呼吸”——吸气时蓄积能量，呼气时释放压力，周而复始。

中国科学技术大学张海江教授研究组与合作者，利用东太平洋海隆Gofar转换断层密集海底地震仪观测资料，首次在海洋转换断层发现受半日潮调制的谐波震颤信号，并揭示断层存在“封存－增压－破裂－排放”的周期性循环。这项研究改变了学术界对海洋转换断层的传统认知——它们并非简单的剪切边界，而是受岩浆挥发分、热液循环、孔隙压力和渗透率共同控制的三维流体系统。相关成果于北京时间6月26日以“首次发布”（first release）形式在线发表于国际顶级学术期刊《科学》（Science），并将于7月16日（美东时间）正式发表。

震颤信号：断层“呼吸”的节拍器

海洋转换断层是连接扩张洋脊段的走滑边界，半个多世纪以来，地质学界一直将其视为以走滑剪切为主的“保守型”板块边界。但随着海底地球物理观测手段的不断进步，越来越多证据显示，这类断层可能受岩浆侵入、热液循环和深部流体迁移的共同作用，具有远比想象中复杂的三维结构。

震颤是一种持续的非脉冲式地震信号，其成因与断层内部流体运移和孔隙压力变化密切相关。由于对潮汐等微弱应力扰动高度敏感，震颤信号被视为追踪断层带流体活动和压力演化的理想“探针”。过去20余年，对震颤及相关慢滑移信号的检测和研究一直是断层带研究的前沿热点，然而在海洋转换断层内部，是否存在震颤信号、震颤如何与断层状态产生联系，此前始终缺乏直接的观测证据。

研究团队将目光投向位于东太平洋海隆的Gofar转换断层西段G3区域。该区域滑动速率约为每年14厘米，两侧近周期性发生6级地震的破裂区间之间，存在一个约10公里长的“地震障碍区”，这个区域能够阻止两侧大地震的破裂传播，却长期孕育着大量4级以下的微地震。

利用2019至2022年布设于该区域的海底密集地震台阵连续波形数据，研究团队在2至8赫兹频段识别出持续时间从几十分钟到数小时不等的谐波震颤信号，通过波形偏移定位，他们确认震颤源位于海底以下约0至4.5公里深度范围，恰好落在先前推断的“地震障碍区”内。

从相关性消失到模型建立：一次4级地震的“解剖课”

2020年9月8日，该区域内发生了一次4.0级地震，这次地震成为研究团队理解断层工作机制的关键“窗口期”。

地震发生前，震颤振幅与潮汐体积应变展现出高度相关性，相位滞后约-21°——这意味着断层处于对潮汐扰动高度敏感的近临界状态，而地震一旦发生，这种相关性便迅速减弱乃至消失。结合微地震活动、b值和原位波速比（Vp/Vs）的时间变化，研究团队追踪到了断层带物性状态的完整演化轨迹：地震前，微震活动率较低，b值呈下降趋势，原位Vp/Vs比值持续走低，对应深部脱气引起浅部0至5公里断层带气体不断累积、孔隙压力逐步逼近临界值；地震发生后，微震活动率激增，b值和原位Vp/Vs比值快速反弹。

这一“失锁”状态清晰反映出，地震破裂打开了此前封闭的裂隙网络，排出了累积的气体，并使液体重新注入。在随后数周内，随着热液矿物沉淀和压力溶解作用逐步愈合裂隙，潮汐与震颤的相关性缓慢恢复，预示着新一轮“封存－增压”循环的开始。这一动态变化模式在随后的多次4级地震事件中重复出现。

基于多孔弹性理论，研究团队进一步构建了孔隙压力对潮汐加载响应的定量模型，成功再现了震颤振幅的调制特征。模型证实，渗透率演化在控制潮汐耦合效率中发挥着关键作用。

“阀门式”循环：三个阶段的精妙协同

综合上述观测与模型结果，研究团队提出了海洋转换断层的“阀门式”三阶段流体迁移循环模型：

第一阶段——封存增压。浅部裂隙网络被矿物沉淀和热液作用逐渐封闭，渗透率降低，系统趋于不排放状态。与此同时，深部岩浆挥发分和热液流体持续输入，孔隙压力不断升高，系统逼近临界状态。此时，潮汐应力扰动足以有效调制裂隙内流体的共振，产生与半日潮锁定的谐波震颤。

第二阶段——破裂排放。当孔隙压力和差应力超过封闭裂隙的强度极限时，中等强度地震破裂发生，打开封闭的裂隙系统。孔隙度和渗透率快速升高，孔隙压力局部下降，潮汐－震颤相关性被破坏，同时伴随微地震活动增强。

第三阶段——流体渗透与渐进式密封。破裂后，热液重新进入裂隙，矿物沉淀和化学愈合作用逐步降低渗透率，裂隙通道逐渐封闭和愈合。孔隙压力再次积累，系统最终回到对潮汐敏感的封闭增压状态，新一轮循环就此开启。

这一模型将震颤、潮汐、微地震、波速比和流体压力演化统一到一个完整的循环框架中，揭示了断层封闭、破裂排放和再封闭过程中流体迁移与地震活动之间的内在联系。海洋转换断层，本质上是一个受岩浆挥发分、热液循环、孔隙压力和地震破裂共同调控的“活跃的流体-潮汐-岩浆耦合系统”。

范式转换与深海启示

这项研究的科学意义超出了单一断层的认知更新，潮汐－震颤相关性、微震活动率与Vp/Vs的协同演化，为在全球范围内识别和量化大洋转换断层的动态过程提供了一套全新的诊断指标。更重要的是，这项发现表明海洋转换断层具备海底矿床形成所需的强热液循环条件，对深海资源调查具有重要指示意义。

中国科学技术大学为论文第一单位，博士研究生杨浩为第一作者，南方科技大学叶玲玲研究员为合作者，张海江教授为通讯作者。研究工作得到国家重点研发计划和国家自然科学基金等项目资助。