同济大学揭示单频微地动在深海中的激发机制
近日，Geophysical Research Letters以“Exploring the deep ocean single-frequency microseisms southwest of Japan in northern Philippine Sea”为题在线发表了同济大学海洋地质国家重点实验室硕士研究生黄斌、薛梅副教授与合作者的研究成果。研究发现深海的确可以观测到单频微地动，单频微地动的检测与强台风作用具有时空的一致性，其主导源区在台站附近，进而推测受台风加强的海洋次重力波与台站附近的海底地形作用激发了深海单频微地动。
图1：研究区域海底地震仪分布以及研究得到的深海单频微地动源区分布情况。不同颜色的三角形表示来自海底观测网DONET（Dense Ocean Floor Network System）不同科学节点的海底地震仪。粉色圆圈和不规则矩形表示可能的单频微地动源区位置。
地震波时时刻刻都存在着，并非只有发生地震的时候才会产生，这些永不停歇且幅度微小的地震波构成了地震记录上的背景噪声。其中周期在10~20秒间的部分，被称为单频微地动 (Single-Frequency microseisms, SFMs)，亦称为第一类地脉动。在传统理论中，一般认为单频微地动由涌浪（swell）与海岸作用时在海岸浅水处生成，由于海水压力的扰动随着水深呈指数衰减，无法到达深海底部与海底产生作用。从这个观点出发，单频微地动的源区应该位于浅水。但近年，有研究发现在深海也可观测到单频微地动，但是由于观测较少，尤其缺乏来自深海的直接观测，且与传统理论预期不符，还存在很多的质疑。该研究基于部署在日本西南部深海的地震仪（图1）所记录到的长周期背景噪音数据来进行探究单频微地动的产生。通过频谱分析和极化分析等方法，该研究证实深海确实可以观测到单频微地动信号，尤其是当强烈的海洋风暴影响时，该信号的能量会得到显著增强（图2）。结合单频微地动的来源方位分布以及它与全球海浪能量之间的相关性，该研究认为日本西南部深海单频微地动的主要能量来源为台站附近的海底区域（图1），并不是由浅水激发然后传播到深海的；同时，被风暴增强的长周期海浪与海底地形之间的耦合作用也对深海单频微地动的激发有着较大影响。据此，该研究提出了一种深海单频微地动激发的新机制，即受台风加强的海洋次重力波与台站附近的海底地形作用激发了深海单频微地动。
图2：2017年6月至2018年5月间连续四个季节的微地动功率谱。红色矩形突出表示了单频微地动的能量峰值，与之对应的强风暴也被标记在相应的时间窗口上。
本研究结果证实了深海可以激发单频微地动的现象，不仅填补了西太平洋边缘海微地动的研究空白，也为单频微地动的激发提供了新的机制，相关理论有待后续更多的观测结果和研究来证实及完善。
本文第一作者为同济大学海洋地质国家重点实验室硕士生黄斌，通讯作者为薛梅副教授，合作者包括同济大学土木工程学院郭桢助理教授，美国新墨西哥大学博士研究生宋文恺。本研究由国家自然科学基金项目(No.4207606)和上海佘山地球物理国家野外科学观测研究站开放基金（2020K03）共同资助。
本文来源：同济大学
