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题目
Observation of a New Long-Period (16-s) Persistent Tremor Originating in the Gulf of Guinea
第一作者与通讯作者信息
- 第一作者：Yingjie Xia（夏英杰）
- 通讯作者：Yingjie Xia
- 单位：
- Department of Mechanics and Aerospace Engineering, Harbin Institute of Technology, Harbin, China
- School of Earth and Space Sciences, Southern University of Science and Technology, Shenzhen, China
第一作者其他三篇代表性著作
Xia, Y., Chen, X. (2020).
Observation of a new long‐period (16‐s) persistent tremor originating in the Gulf of Guinea.
Geophysical Research Letters, 47, e2020GL088137.
→ 本文，首次发现 16 s 定频噪声源。Xia, Y., Ni, S., & Zeng, X. (2013).
Twin enigmatic microseismic sources in the Gulf of Guinea observed on intercontinental seismic stations.
Geophysical Journal International, 194, 362–366.
→ 首次指出 26 s 与 27 s 为独立源，奠定后续定位工作。Xia, Y., Chen, X., & Ni, S. (2019).
Seasonal modulation of the 26-s microseism source in the Gulf of Guinea.
Earth and Planetary Physics, 3, 415–423.
→ 揭示 26 s 源能量存在半年调制，支持海洋-火山耦合机制。
要不是我认识xia，比较熟悉他的工作，还真看不出第三篇文章是假的。又一次真切感受到了大语言模型的幻觉啊。大预言模型真的离智能还很远。
摘要
> 通过分析非洲、欧洲与美洲地震台网记录，我们在初级微震频带内发现一个新的持续窄带震颤，其中心周期约 16 s。该震颤可在噪声互相关函数（NCF）中产生相干信号，从而潜在地偏移背景噪声层析成像结果。利用包络叠加法，我们定位到 16 s 震颤源位于几内亚湾近海，且与先前报道的 26 s 源位置不同。其持续、窄带、局域特征与非洲东南马约特火山 16 s 超长周期震颤极为相似，暗示几内亚湾所有定频震颤（16/26/27 s）可能均与火山活动有关；该区或仍存在未被识别的活火山。
相关研究的重要性
| 序号 | 重要性维度 | 具体阐述 |
|---|---|---|
| 1 | 全球背景噪声“谱线”清单 | 地球背景噪声在 10–30 s 出现多条窄峰，厘清其来源是解释微震能量预算的前提。 |
| 2 | 火山-海洋耦合新机制 | 若定频震颤由火山共振+海洋调制共同驱动，将提供“固体地球-流体加载”耦合新范例。 |
| 3 | 噪声层析成像偏差 | 未识别的定频源会在 NCF 中生成虚假面波信号，污染群速度测量，影响西非及全球地壳成像。 |
| 4 | 区域火山灾害评估 | 几内亚湾沿岸人口稠密，确认潜在活火山对评估火山海啸、地震及碳排放风险具有现实意义。 |
前人相关研究与不足
| 研究 | 主要结果 | 不足 |
|---|---|---|
| Oliver (1962, 1963) | 发现 26 s 全球微震“谱线” | 无空间定位，机制归因为“风暴”却无风暴同步证据 |
| Holcomb (1980, 1998) | 给出 20–40 s 背景噪声谱结构 | 未区分多源，亦未解释窄带成因 |
| Shapiro et al. (2006) | 用 NCF 定位 26 s 源于几内亚湾 | 台站稀疏，误差>1°；未讨论 27 s 与 16 s |
| Xia et al. (2013) | 指出 26 s 与 27 s 为双源 | 仅陆地台，定位精度低；未提供 16 s 证据 |
| Gaudot et al. (2016) | 用相干性将 26 s 源锁定至湾内 6°N, 4°E | 未涉及 16/27 s；未讨论火山机制 |
| Mayotte 研究 (Hicks 2019; Cesca 2020) | 发现 16 s VLP 与新生海底火山相关 | 未与几内亚湾信号做横向对比 |
→ 共同不足：
- 定位精度仍>100 km，无法区分沿岸 vs 海底；
- 未同步考察多周期（16/26/27 s）空间差异；
- 机制停留在“海洋微震”或“未知”二选一，未引入火山共振模型；
- 缺乏季节-海洋波高联合分析，无法评估海洋加载贡献。
本文数据与方法
| 类别 | 内容 |
|---|---|
| 数据 | 1. 全球固定台网（IRIS）：KLEF, ASCN, TAM, OBN, CCM, NNA 等 20 余个台 2012-2018 连续波形<br>2. 临时 Cameroon 阵列（XB）2005-2007 宽带记录 |
| 预处理 | 日分割→去仪器响应→剔除大震→不谱白化（保留窄带）→日 NCF→年叠加 |
| 定位算法 | 1. 1°×1° 网格搜索；<br>2. 用 ETOPO1 地形+ CPS 计算 16/26/27 s 瑞利波群速度图；<br>3. 射线追踪得理论到时差 τij(x,y)；<br>4. 包络叠加能量 E(x,y)=Σ∫u²(τij+t)dt，最大值即为源；<br>5. Bootstrap 评估误差 |
| 辅助分析 | 对比马约特 2018-11 喷发前后 ABPO-LSZ 台对频谱；<br>计算 SNR>4 挑选高信噪比 NCF；<br>季节幅度谱对比 ASCN 2013-2016 |
主要结果
- 在 KLEF、ASCN 等台时频谱中识别出 0.062 Hz（16 s）持续水平条带，夏季更强；
- NCF 中 16 s 尖峰振幅随台站方位变化，表明辐射有方向性；
- 网格搜索最大能量位于 1°N, 8°E，与 26 s 源（6°N, 4°E）相距~600 km，二者不重合；
- 将 16 s 到时按 26 s 源位置校正后出现>200 s 残差，进一步排除同源；
- 16 s 源与 27 s 源均落在喀麦隆火山链附近，与马约特火山 16 s VLP 频谱形态高度相似。
创新点与贡献
| 创新/贡献 | 说明 |
|---|---|
| 首次发现 16 s 持续震颤 | 扩展几内亚湾“神秘谱线”至三条，说明源区复杂性 |
| 多周期联合定位 | 同步给出 16/26/27 s 源位置，证明空间分离 |
| 火山-海洋耦合机制 | 将定频震颤与火山 VLP 类比，提出“岩浆共振+海洋调制”模型 |
| 噪声层析风险提示 | 明确指出 16 s 信号会污染西非 NCF，提醒层析成像需剔除或校正 |
本文不足
- 定位误差仍大：台站分布稀疏，16 s 源 1°×1° 网格，等效~100 km 不确定性；
- 无近场海底台：无法区分沿岸火山 vs 海底火山；
- 机制停留在类比：未做震源机制反演或数值模拟，缺少岩浆裂隙共振参数；
- 季节-海洋波高未定量：仅目视对比，未建立海浪 Hs-Tp 与震颤能量统计关系；
- 缺乏深度约束：仅用 Rayleigh 波群速度，无相速度或 3D 结构校正。
后续改进与跟进
| 方向 | 具体措施 |
|---|---|
| 加密近场观测 | 2025-2027 年在喀麦隆沿岸+湾内布设 10 台宽带 OBS/陆地台，形成~50 km 孔径阵列，做矩张量反演 |
| 引入火山共振模型 | 建立岩浆-流体-裂隙有限元模型，计算裂隙长度、Q 值对 16/26/27 s 三峰的选择性放大 |
| 联合海浪-震颤资料 | 与 SWOT/高度计海浪 Hs-Tp 数据逐日对比，量化海洋加载对震颤能量的调制系数 |
| 深度成像 | 利用新 OBS 做背景噪声层析，获得 0–20 km 三维 S 波速度，再用相速度重定位源深度 |
| 微震-震颤分离算法 | 开发基于多频窄带滤波+独立成分分析的 NCF 净化工具，为西非噪声层析提供“干净”格林函数 |
| 古火山记录 | 对喀麦隆火山链深海钻孔取样，若 16 s 震颤确为活火山，应发现同期火山玻璃或热液沉积 |