加州理工學院的研究人員利用先進的成像技術，對加州州長谷火山口（一座休眠的超級火山）地震活動的增加進行了調查。他們的研究結果表明，該地區並非處於大爆發的邊緣，而是由於冷卻過程而出現了地震活動。

自1980 年代以來，研究人員在加州內華達山脈東部的一個地區觀察到了明顯的動盪期，其特點是地震成群以及在此期間地面每年膨脹和上升近半英寸。這些活動令人擔憂，因為該地區被稱為長谷火山口，位於一座巨大的休眠火山之上。76 萬年前，長谷火山口在一次猛烈的噴發中形成，650 立方公里的火山灰被噴到空中–這些火山灰可以在整個洛杉磯地區覆蓋一層1 公里厚的沉積物。

突破性成像揭示內幕

在過去幾十年裡，火山活動日益頻繁，背後的原因又是什麼？會不會是該地區正準備再次爆發？或者活動的增加實際上是大規模噴發的風險正在降低的跡象？

為了回答這些問題，加州理工學院的研究人員繪製了迄今為止最詳細的長谷火山口地下影像，其深度可達地殼10 公里。這些高解析度影像揭示了火山口下方的地球結構，並表明最近的地震活動是該地區冷卻和沈降時釋放出的流體和氣體造成的。

長谷火山破口是76 萬年前大規模超級火山爆發的地點，在長谷破火山口的地表下發生了什麼事？一項新的研究利用地震波對該地區的地下環境進行成像，發現岩漿室正在冷卻。不過，岩漿結晶時釋放出的氣體和液體仍可能導致地震。資料來源：E. Biondi

這項研究是在地球物理學教授詹仲文（Zhongwen Zhan，14 年博士）的實驗室進行的。描述這項研究的論文於10月18日發表在《科學進展》（Science Advances）雜誌上。

詹仲文說：「我們不認為該地區正在為另一次超級火山爆發做準備，但冷卻過程可能會釋放出足夠的氣體和液體，從而引發地震和小規模噴發。例如，1980 年5 月，該地區就發生了四次6 級地震。”

高解析度影像顯示，火山的岩漿室被結晶岩的硬蓋所覆蓋，這是在液態岩漿冷卻凝固後形成的。

創新的成像技術

為了製作地下影像，研究人員透過測量地震產生的地震波來推斷地下環境的樣子。地震產生兩種類型的地震波：原波（P 波）和次波（S 波）。這兩種地震波在不同材料中的傳播速度不同–地震波在液體等彈性材料中傳播速度較慢，但在岩石等剛性材料中傳播速度很快。透過在不同地點使用地震儀可以測量波的時間差異，並確定它們穿過的材料的特性–彈性或剛性如何。這樣，研究人員就能繪製出地下環境的圖像。

震源

整個東山地區有數十個地震儀，但究人員所使用的技術是利用光纜（就像提供網路的光纜一樣）進行地震測量，這個過程稱為分散式聲學感測（DAS）。用於長谷破火山口成像的100 公里長的電纜相當於10000 個單分量地震儀。在一年半的時間裡，研究團隊利用這條電纜測量了2000多次地震事件，其中大多數地震事件都太小，人們無法感受到。機器學習演算法處理了這些測量結果，並產生了圖像。

這項研究是首次利用DAS 製作出如此深入的高解析度影像。先前的局部層析成像研究影像要麼只局限於約5千米深的淺層地下環境，要麼以較低的分辨率覆蓋更大的區域。

“這是首次展示DAS 如何改變我們對地殼動力學的理解，”加州理工學院DAS 科學家、論文第一作者Ettore Biondi 說。”我們很高興能將類似的技術應用到我們對地下環境充滿好奇的其他地區。”

下一步，研究小組計劃使用一條200公里長的電纜對地殼更深處進行成像，大約深入到15到20公里深的地方，那裡是火山口的岩漿室–它”跳動的心臟”–正在冷卻的地方。