俯冲带强震与长白山火山区微震活动相关性研究

A strong earthquake swarm occurred in Changbaishan volcanic area immediately after the Mw7.3 Wangqing deep earthquake of Jun.29, 2002. Multiple evidence from deformation and geochemistry suggested that this volcano had experienced a strong disturbance. However, it is not clear whether this disturbance process is related to the Wangqing earthquake or not. If they are related to each other, what's the physical mechanism of the triggering process? Do other strong earthquakes occurring along the subducting Pacific Plate affect volcanic processes, including the 2011 Mw9.0 Tohoku-Oki earthquake? All these problems remained unsolved. In this study, we propose to use a recently developed matched-filter technique to detect microearthquakes which are not listed in conventional catalogues by using existing waveforms available in this area. Then we plan to relocate all the earthquakes together. We are mostly interested in possible seismicity rate changes before and after both shallow and deep subduction zone earthquakes. We will evaluate the statistical significance of triggering relationship, examine possible spatio-temporal evolutions of seismicity, and correlate them with observed deformation and other volcanic processes in this region. By systematic investigation of the evolution of seismicity and its possible triggering relationship with large earthquakes along the Pacific subduction zone, we hope to improve our understanding of how earthquakes and volcanoes interact with each other, and possible external factors affecting volcanic processes. Our study can also provide important guidance to seismic monitoring and forecasting of future volcano eruptions.

2002年6月29日汪清Mw7.3 级地震后，长白山火山区发生了大量的震群活动，综合形变、地球化学等大量观测证据可以确认该地区在2002－2005年经历了一次岩浆扰动事件。然而，本次岩浆扰动是否与汪清地震与有关？如果有关，其作用机制是什么？近年来其它俯冲带强震活动（如2011年日本大地震）对长白山火山地震活动的影响如何？这些问题均未有清晰的认识。应用近年来长白山地区丰富的地震学观测资料，通过匹配滤波技术检测传统火山地震目录中遗漏的微震事件，并进行高精度的重新定位，重点研究俯冲带强震发生前后火山地震活动性的变化规律。本研究将检测触发关系的统计显著性，研究触发活动前后火山地震的时空演化过程，并同形变等其它观测结果相印证。系统研究火山地震的时空演化过程和可能的触发关系，有助于提高对地震和火山相互作用的认识，深化外界因素对火山活动过程影响的理解。本研究对地震监测和火山喷发预报也具有重要指导意义。

长白山天池火山是中国最具有潜在灾害性喷发危险的活火山。2002～2005年，长白山天池火山区地震活动水平急剧增加(图1)，监测资料显示火山锥体出现明显的隆升和膨胀，火山气体地球化学监测也显示异常状态，综合研究认为长白山天池火山经历了一次火山扰动事件。因其特殊的地理位置和具有的潜在喷发危险，长白山火山近年来引起国内外研究者的广泛关注。长白山火山距离西太洋俯冲带1000余公里，距离汪清－珲春深源地震带300余公里，也是研究俯冲带地球动力学，地震－火山交互作用的一个科学窗口。本项目利用长白山火山监测台网记录到的连续数字地震资料，基于匹配滤波技术，获得了1999－2007年（火山扰动前后）可靠的火山地震目录。在此基础上深入研究了大远震（非天然地震事件）与火山区微震活动的关系，研究了火山扰动期间火山地震类型及其活动规律，研究了2002年6月29日汪清深源地震与火山扰动之间的关系并提出火山扰动机制模仿模型。主要获得以下科学认识：. 1. 一些大远震对长白山天池火山区微震活动具有触发作用，其大振幅面波会即时触发火山区微震活动。通过对26个1000公里外的大远震进行检测，有3个大远震，即2004－12－26苏门答腊M9.3地震，2008－05－12汶川M7.9地震和2011－03－11日本宫城县M9.0地震分解触发了火山区微震活动，特别是火山扰动期间，触发阀值仅为5－10 kPa。. 2. 火山扰动期间长白山火山地震共分为3种类型，即构造型火山地震（VT）、长周期型火山地震（LP）谐频型（HS）地震。. 3. 研究表明2002年6月29日汪清M7.2地震延迟8天触发了长白山火山扰动事件，深震释放出的强烈能量，触发了长白山火山下岩石圈局部应力状态的扰动，对中地壳岩浆系统进行了加压，并导致一小部分岩浆注入5公里深的浅层岩浆房，导致岩浆房顶部岩石微破裂形成VT型地震，岩浆系统上方流体填充裂隙产生共振现象激发了LP和HS事件。