火山喷发的必要条件是深部岩浆的供给。由于岩浆迁移的间歇性（秒、年周期）和可能具有的小尺度岩墙（<100米宽）特征，精确刻画岩浆迁移的时空轨迹一直是火山研究的难点。伴随深部岩浆迁移的地震和地表变形为研究火山活动提供了重要的观测资料。德国亥姆霍兹地学研究中心团队(Isken et al., 2025)针对2025年一月至二月希腊圣托里尼（Santorini）火山东部断层带的地震活动和大地变形进行了系统和全面的观测。研究团队利用成熟的机器学习方法识别出三万多次地震活动（图1）。震源机制大多为北东走向正断层，与区域断层相符。震中自西向东迁移约30 km并伴随两期向上10 km的活动。大地测量结果包括断层带整体的隆升以及断层带西部Kolumbo火山的局部凹陷。
图1 希腊圣托里尼及东部火山-断层带于2025年一月至二月的地震群和地表变形观测。Kolumbo的凹陷伴随断层带的隆升和地震群自西向东的迁移。为了解释断层带的隆升，作者假设了5期次岩墙膨胀。模拟结果显示岩墙膨胀增量是Kolumbo岩浆房收缩量的4倍（Isken et al., 2025）
经典的岩浆房膨胀模型可以预测一定岩浆注入通量下的地表变形相应。研究团队采用简化的岩浆房几何形态，分别以点源和矩形近似火山下岩浆房和断层带下北东走向的岩墙，假设一定的地壳粘弹性本构方程，成功重现了火山凹陷和断层带隆升的大地测量观测（图2）。模拟结果指出Kolumbo火山下方7.6 km深度的岩浆房排出了0.076 km3岩浆，同时断层带经历了多期次共0.331 km3的岩浆补充。需要指出的是，该团队限定的岩墙位置和地震活动中心错位，多期次岩墙膨胀的时间也与地震活动激增的时间点错开。显然，岩浆房和岩墙膨胀的模拟还需要考虑更符合实际的几何形态和演变。
图2 应用断层位错模型（d插图，来自Odaka, 1985）定量模拟岩墙膨胀造成的地表变形。Isken等针对圣托里尼东部的区域构造模式假设5个走向北东、垂直地面的岩墙（上图c）依次活动，成功模拟了地表变形观测（Isken et al., 2025）
Kolumbo火山凹陷的同时并未喷发，因此排出的岩浆只能平移或向深部迁移。计算结果指出岩浆排空量不足以支持断层带下岩墙的岩浆增量。所以该区域必然受到来自下地壳甚至地幔的深部岩浆供给。与火山凹陷同期的岩墙膨胀也在意大利Etna，夏威夷和冰岛等火山活动区域有所报导。这些岩墙膨胀都受到了下地壳乃至幔源的岩浆补充。不同的膨胀/凹陷比例反映了岩浆挥发分和可压缩性的差异。
总之，希腊圣托里尼火山东侧断层带在地震活动期间所观测到的地表隆升，为岩浆运移诱发的构造变形提供了有力证据。岩浆沿北东走向迁移，其源头疑似与地震层析成像所揭示的中下地壳低速异常体有关。深部岩浆的注入导致岩墙尖端应力集中并引发破裂，进而促使岩浆沿破裂带继续向东、向上运移。尽管当前对深部岩浆活动的数值模拟尚无法完全匹配观测到的震中位置与发震时间，但该研究为融合高分辨率地震目录、大地测量观测与数值模拟，以系统研究岩浆活动过程，提供了一个重要的研究范式。
主要参考文献
Isken M P, Karstens J, Nomikou P, et al. Volcanic crisis reveals coupled magma system at Santorini and Kolumbo[J]. Nature, 2025, 645(8082): 939-945.（原文链接）
Okada Y. Surface deformation due to shear and tensile faults in a half-space[J]. Bulletin of the Seismological Society of America, 1985, 75: 1135–1154.
（撰稿：刘博达/岩石圈演化学科中心）
