💡这项突破是什么?
稳定大陆区（SCR）应变速率低、地震复发间隔长，但并非“绝对安全”——1811—1812年美国新马德里M>7地震序列、2001年印度布季Mw7.7地震等，均发生在类似构造背景之下。然而，稳定地块内部的地震活动究竟遵循准周期规律，还是呈现丛集或随机特征？其控制机制是什么？这一直是国际地震地质学界悬而未决的重要科学问题。
针对上述问题，中国地震局地质研究所杨海波副研究员、李安和杨晓平研究员等，联合所内马玺副研究员等科研人员，以青藏高原北缘甘肃北山稳定地块内部的柳园活动断裂为研究对象，开展了系统的古地震和断层带结构研究。综合运用古地震探槽、红外释光与宇宙成因核素10Be定年、断层带显微构造与XRD矿物分析等多学科手段，重建了柳园断裂万年尺度的强震复发历史。
研究团队在北山柳园断裂沿线开挖5个探槽（图1），结合高精度无人机航测地貌填图，系统厘定了断层晚第四纪活动历史。结果显示，柳园断裂记录了两次明显的地震丛集期：晚更新世丛集（约65.5—46.2 ka）和全新世丛集（约8.8—4.6 ka），两个丛集之间可能存在长达数万年的地震平静间隔。宇宙成因核素10Be对断裂沿线崩积卵石的暴露测年（加权平均年龄43.6±3.6 ka）独立印证了晚更新世的地震丛集活动。
单纯的构造加载无法解释这种丛集行为。柳园断裂长期滑动速率仅约0.2 mm/a，单次地震所需应变积累时间（6—8 kyr）远大于探槽揭示的丛集内事件间隔（百年至千年尺度）。那么，是什么机制让断层在短时间内“扎堆”破裂？
显微构造与XRD分析给出了关键线索，断层核部富含蒙脱石（70%—91%）、伊利石和绿泥石等层状硅酸盐矿物，并发育多期次石英-方解石脉体穿插（图2）。流体包裹体均一温度（300—436°C）及区域大地电磁资料（30—40 km深部低阻通道）表明，深源流体沿先存缝合带向上运移，周期性抬高断层孔隙压力，降低有效正应力，触发地震丛集；震间期矿物沉淀则封闭裂隙（“阀门关闭”），使断层重新愈合。
基于上述证据，团队提出“流体驱动断层阀”模型来解释丛集机制（图3）：深部流体压力周期性升高，降低断层有效强度，触发破裂（阀门打开）；破裂后应力转移至附近未破裂的凹凸体，引发级联式快速破裂，形成短时间内多次强震；震后矿物沉淀重新封闭裂隙，断层再次进入长休眠期。该模型成功解释了柳园断裂“万年平静—千年丛集”的非稳态复发模式。
该研究揭示了稳定大陆区地震活动的一种重要机制：在低应变速率背景下，深部流体脉冲可主导断层破裂的时空分布，使地震活动呈现非稳态模式。这一发现对传统时间独立地震危险性模型提出了挑战，对北山地区高放废物地质处置库等重大工程的地震安全评价具有重要参考价值。此外，美国新马德里、印度卡奇裂谷和澳大利亚克拉通边缘等全球典型稳定大陆区的地震丛集现象，均存在类似的深部流体与先存薄弱带耦合的证据，暗示这一机制可能具有普适性。
图1 柳园断裂探槽揭露的古地震事件对比图
图2 断层带显微结构与流体活动证据
图3流体驱动断层阀丛集破裂概念模型：（a）流体压力（蓝）与断层强度（绿）的周期性变化控制断层累积位移（红）的阶梯式增长；（b）深部流体超压引发断层面上凹凸体的级联破裂过程
该研究成果近期发表于国际地学期刊Journal of Geophysical Research: Solid Earth（Yang, H., Ma, X., Huang, X., et al. (2026). Fluid-driven fault-valve behavior controls clustered paleoearthquakes in a stable continental region: Insights from the Liuyuan fault, Beishan. JGR: Solid Earth, 131, e2026JB033944）。该研究受国家自然科学基金（42472284、42102257）、地震动力学与强震预测全国重点实验室自主研究课题（LED2023A10）及中国地震局地质研究所基本科研业务专项（IGCEA2606）共同资助。
