论文分享:帕里库廷火山附近的反复地震群：墨西哥米却肯-瓜纳华托火山区一座新的单成因火山诞生的前兆？

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论文有点长不定时补全

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摘要：
  无论在空间还是时间上，都很难准确预测一座新的单成因火山的诞生。然而，地震活动可以提醒人们这种喷发的紧迫性，因为它通常以小规模地震群的形式发生，在喷发前可以持续几周到几个月。这些火山地震群通常与岩浆有关，岩浆在地壳中停滞了一段不同的时间，然后最终在地表喷发。由于几个原因，在新的单成因火山诞生之前，很少用地震仪记录到火山地震群。在过去的25年里，在Tancítaro和Paricutin之间探测到了六个不同的地震群（1997年、1999年、2000年、2006年、2020年和2021年）
火山位于墨西哥米却肯-瓜纳华托火山区的西南部。据信，它们代表了岩浆多次试图到达地表，暗示在该地区，岩浆可能会停滞一段时间，从而无法在一次上升事件中从地幔中的来源到达地表。为了更好地了解岩浆通过地壳的迁移路径，我们对整个数据集使用相同的方法和速度模型，以更高的精度重新定位了其中一些地震群。我们的研究结果表明，这些地震群起源于Tancítaro NE下的一个小区域，深度在海平面以下15至8公里之间。显然，岩浆正试图在这些地壳深度的同一管道内到达地表，但当达到约8公里的深度时就会停止。研究这些火山群至关重要，因为它们可能是米却肯-瓜纳华托火山区这一地区新一次喷发的前兆。这个单成因火山非常活跃，在全新世期间产生了几十次喷发，最后两次是Jorullo（1759–1774）和Paricutin（1943–1952）。此外，Tancítaro地区是整个菲尔德内全新世火山密度最高的地区之一，这使其成为未来单成因火山诞生的可能候选地点。出于这些原因，应尽快安装永久性地震台网。

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关键词群·单成因火山·岩浆上升·喷发预测·米却肯-瓜纳华托火山场·自然灾害

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介绍（有点长）:
  当岩浆在地表喷发时，它可以产生一个新单成因火山，也可以在一个长寿的多生火山上产生喷发。然而，在许多情况下，上升的岩浆不会到达地表，在岩浆最终到达地表之前，可能会有许多岩浆侵入（以及相关的地震群）。在侵入事件中，岩浆会在深处停滞，有时会在那里停留多年甚至几十年，正如重复地震群的出现所表明的那样。一般来说，火山爆发之前会有几次地震群，通常会重复数年，没有伴随喷发，直到爆发最终发生。加那利群岛的La Palma、日本的Izu Penin sula和Unzen、智利的Chaitén（Lange等人，2008）、墨西哥的Chichón和西印度群岛的Soufriere Hills发生了一些著名的重复地震群导致岩浆喷发的案例。在拉帕尔马，在1949年圣胡安三个火山口打开前几年，以及1971年特尼古亚火山爆发前几个月至几周，都有地震活动感，这两个火山口都位于该岛南部的单成因区内。在2021年9月Tajogaite（Cumbre Vieja）喷发之前，记录了几个地震群，例如在2017年10月和2018年2月，其特征是古腾堡-里希特定律的高b值（>>1），表明存在岩浆流体，并即将爆发。2017年和2018年震群的地震深度分别在15至25公里和25至35公里之间。在这两个群期间，没有观察到永久性的地表地面变形，这可以预期为深度入侵。然而，在两个地震群之间的4个月内，主要记录在全球定位系统（GPS）的垂直分量上的小的瞬态弹性变形事件在短时间内间歇性观察到，并在第二个地震群之后持续至少3个月。观察到了瞬态地表地面变形（高达2厘米），这对于如此深的入侵来说是很高的。随着时间的推移，地震活动从西向东迁移，震群被解释为失败的喷发或停滞的上升岩浆侵入。然而，这些事件被认为会在2021年塔霍盖火山爆发时达到顶峰。1978年至1997年，伊豆半岛发生了12次以上的地震群。1989年的火山群以海底喷发而结束。在1991年5月20日Unzen火山爆发之前的1984年至1990年间，记录到了几次零星的远端VT群。在2008年Chaitén火山爆发（智利）的三年前，当地时间地震网络于2005年记录到了地震群。在1982年3月29日墨西哥Chichón VEI=5火山爆发的几十年前，即1920年代、1930年代、1964年、1967年至1968年、1980年至1981年，发生了几次地震群（Yokoyama等人，1992）。在1995年7月18日苏弗里埃尔山（英属西印度群岛蒙特塞拉特）爆发之前，1992年1月、1993年1月和1994年1月，1995年初和1995年6月发生了强烈的VT群。在许多情况下，远端VT群发生在喷发前数月或数年，并不直接位于喷发点下方，而是横向位移了几到几十公里

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  这种没有喷发的侵入序列，也称为“失败的岩浆喷发”已在多成因火山和单成因火山分布下探测到。岩浆在到达地表之前，特别是在上地壳的最后几公里内，如何以及以多大的速度向上迁移（主要是垂直的，但也有横向的），仍然是一个悬而未决的问题，尤其是在单成因火山的情况下。对与每次岩浆侵入相关的重复地震群期间的地震位置的分析使我们能够在空间和时间上检测和跟踪这种岩浆迁移

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   检测岩浆迁移的最简单方法是记录这些运动引起的地震活动。与这种迁移相关的地震活动通常由火山构造地震（VT）和/或 非常长周期地震事件（VLP或LP）、混合事件和/或震颤组成。火山构造地震通常在喷发之前和喷发期间记录下来，这是由于火山内部的应力张量变化，例如，岩浆在压力下传播所产生的应力。在空间和时间上当岩浆停滞时VT可以很好地分离，或者当岩浆迁移时可以聚集成群。地震活动的垂直或水平迁移已被用于预测喷发。VT群可能发生在连接集口堤坝边缘的剪切断层上，没有明确的时间演化。VT群和长周期地震也可能发生在传播堤坝的尖端，随着堤坝尖端的迁移，其次中心有明显的时间演变。VT也可以发生在流入堤坝的墙壁（远离尖端和边缘），具有随机的时间分布。因此，地震活动的分布并不能直接反映活动的通道形状。相反，seis micity的区域通常大于通道，这种差异因VT的不精确位置而被夸大。在这一岩浆迁移过程中，预计会发生不同类型的震源机制。位于开口岩脉尖端和沿开口岩脉的地震与开口拉裂缝内岩浆的超压直接相关。预计它们的震级较小，具有I型断裂的焦点机制（拉伸裂纹）。当裂纹张开时，第一个P波到达的极性为纯压缩，当裂纹闭合时为纯膨胀。但也可能发生其他类型的地震，这些地震可能不在堤防本身，而是在堤防周围，是由于堤防本身打开时侵入岩石的应力变化引起的。这种地震活动可能具有更经典的II型（双耦合）震源机制，结合了第一P波极性的压缩和扩张。此类事件的焦点机制与区域构造应力张量无关，而是与岩浆迁移本身所修改的局部火山应力张量有关

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  VTs的地震群可能起源于构造或火山。在某些情况下，当仅涉及构造断层时，就可以确定“纯粹”的构造起源，而火山群附近没有任何火山存在。当地震群发生在层火山附近或单成因火山带内时，“纯”火山起源的概念是误导性的，因为断层总是存在于这样的地质环境中。在这种情况下，岩群通常具有混合的火山和构造成分，很难确定它们的相对成分。例如，当地震群非常浅并且发生在火山爆发之前时，它可能与岩浆运动有关。但与此同时，这种岩浆通常利用预先存在的浅断层到达地表。这就是为什么相关地震被称为“火山构造”的主要原因，指的是这两种可能的起源。相比之下，如果这些地震的深度更大，且具有与任何断层无关的复杂空间分布，则其起源可能是“纯粹的”火山（或岩浆）。用于区分构造成因和火山成因的其他标准源自古腾堡-里希特定律和大莫里定律。对于构造地震，古腾堡-里希特定律的b值≤1，而对于火山成因或当涉及引信时，b值>1。大森定律通常适用于构造起源，如余震序列，但不适用于《火山学公报》（2023）85:3013015火山起源第4页

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  在过去的25年里，墨西哥米却肯-瓜纳华托单成因火山带内的Tancítaro火山和Paricutin火山之间发生了六次不同的地震群。多成因Tancítaro火山周围地区是世界上全新世单成因火山最集中的地区之一，包括出生于1943年的feld最年轻的Paricutin。我们表明，这六个地震群与六个小岩浆批次的生成有关。我们怀疑，在过去几年中，这些频率越来越高的重复六次地震群可能是新一次喷发的前兆，因此，下一次单成因火山可能会在该地区诞生。这使得有必要在容易发生单成因喷发的地区定义、研究、解释和追踪地震群，就像我们在这里所做的那样。

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地质背景：
  米却肯-瓜纳华托火山岩（MGVF）位于跨墨西哥火山带（TMVB）内，面积约40000平方公里，是地球上俯冲环境中最大的单成因火山之一。MGVF对应于TMVB的最宽部分，与海洋Cocos板块相对较厚的俯冲有关，相关深度约为80–120 km（图1）。地幔楔的部分含水熔融可能有利于在约40公里厚的大陆地壳下的广阔区域进行脂肪俯冲。MGVF由1100多个锥和相关熔岩流、约400个中小型盾状火山、约22个潜水火山口（maars和tuf环）、约43个熔岩圆顶和孤立的熔岩流以及两个死火山组成。MGVF盾状火山的体积在0.5至10 km3之间变化，远大于scoria锥状火山（平均0.021 km3）的体积，但远小于MGVF中两个层火山（Tancítaro和Patamban）的～50–100 km3体积。单生火山的空间分布通常受区域和局部构造的控制。在火山岩浆中，单成因火山往往不仅在空间上聚集，而且在时间上也聚集。MGVF的情况也是如此，在那里已经确定了几个全新世集群。这些信息对火山灾害至关重要，因为它有助于识别下一次单成因喷发最有可能发生的区域。单成因火山的确切出生时间和地点很难预测，但对地震活动和其他参数的持续监测，包括地面变形、热液活动和气体排放，都有助于限制喷发前岩浆上升的最终阶段。在过去的25年里，Tancítaro成层火山NE下持续出现地震群，这是深层岩浆侵入的迹象，最终可能再次到达该地区的地表。Tancítaro已经死亡，但周围有许多年轻的单成因火山。因此，该区域代表了研究新的单成因火山诞生的潜在前兆现象的理想案例。因此，在这项工作中，我们比较了1997年、1999年、2006年和2020年的地震群，以更好地评估单成因喷发的危险性



图1 研究区域的位置和文中提到的主要特征。红点和绿色三角形：单成因火山。TMVB：跨墨西哥火山带。MGVF：米却肯-瓜纳华托火山场。蓝色三角形表示Tancítaro（Ta）成层火山。文中引用的单生火山显示为绿色三角形，标记如下：（P）Paricotin、（Jo）Jorullo、（as）El Astillero、（Pe）El Pedreal、（Ja）El Jabalí、（Me）El Metate、（Ja）Janamo。黄色虚线表示俯冲的海洋科科斯板块的推断深度。左上角的插图显示了墨西哥中部跨墨西哥火山带（TMVB）内MGVF的位置

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区域构造:
  Connor和Kurokawa等人表明，MGVF的边缘以正断层（地垒和地堑结构）为特征，揭示了整体拉伸应力状态。在这种情况下，最大压缩应力σ1为垂直方向，最大水平压缩应力∑2为NE-SW方向，最小应力σ3为NW–SE方向。在这样的构造中，我们可以预期浅的垂直堤坝将定向为NE-SW，并在NW–SE方向上打开。Tancítaro安山岩层火山（海拔3860 m）是MGVF中最高的火山，体积约为100 km3。它被认为已经死亡，因为它的最后一次活动发生在最后一次冰川盛期之前，其年代为237±34ka。相比之下，Tancítaro周围年轻的单成因火山的密度是整个MGVF中最高的，这证明了最近火山活动的频率很高。此外，MGVF的几个最年轻的（全新世晚期）单成因火山（图1）出现在Tancítaros的下扇（如El Astillero、El Pedregal和Paricutin）上，或靠近北部（如Jan amo）和东部（如El Jabalí和El Metate）。在这些单成因火山中，帕里库廷火山是最近的一座，位于塔尼塔罗东北部较低的扇形地带，距离塔尼塔洛火山的顶峰仅约10公里。