2025年11月26日，《Nature Communications》发表日本科学家团队重磅研究成果：2024年1月1日日本能登半岛7.6级地震前，地下水出现显著幔源氦同位素异常升高，这是迄今最清晰的深部流体驱动内陆大地震的直接证据。研究团队自2022年7月起，在石川县珠洲市地震群核心区布设两处深井（ASY、TKR），定期取样300米以下含水层。结果显示2020年底能登地震群开始后，³He/⁴He比值（以Rₐ表示）长期在2.3–3.1 Rₐ之间波动。2023年底至2024年1月1日前，比值突然持续攀升，最高达5 Rₐ（即R/Rₐ=5），远超地壳放射性成因氦（0.02–0.1 Rₐ），接近上地幔典型值8 Rₐ。主震后比值迅速回落至背景值。

图1 | 石川县能登半岛最北端珠洲市地下水中⁴He/²⁰Ne和³He/⁴He比值以及温度的变化

异常最强时段与地震群活动高峰完全吻合，表明临震阶段地壳深部产生新裂隙，大量幔源氦随流体快速上涌至浅部含水层。这是日本首次在非火山区、远离板块边界处捕捉到如此明确的幔源氦前兆信号。相比1995年神户、2016年熊本地震时的零星报道，此次成功的关键在于高频取样（1–2个月一次）、双同位素³He/⁴He + ⁴He/²⁰Ne（见附录）校正以及长达一年半的连续观测，彻底排除了空气混染等干扰。论文认为，源氦异常反映了地震孕育后期应力集中导致岩石破裂，连通了上地幔–地壳流体通道。

图3.日本中部深部结构示意图，深度达300公里。横轴表示距火山前缘的距离。蓝色和红色区域分别表示地震波传播速度较快和较慢的区域。在能登半岛下方可见软物质向上涌升至上地幔的现象。这可能是观测到的地幔氦的输送载体。虽尚不能做到“几天内”短临预报，但持续监测深部地下水氦同位素可有效识别“哪片区域已进入高危险阶段”。该研究被视为20世纪90年代“氦前兆争议”后最具说服力的实证。日本已将其列入2026–2030年国家地震观测重点，中国地震局也将与日方合作在华北地区推广类似监测。这一低成本、高灵敏度指标，有望成为未来内陆大地震预警的重要新手段。

原文链接：https://doi.org/10.1038/s41467-025-65717-9

注：⁴He/²⁰Ne比值是天然气氦同位素分析中剔除大气氦污染的首要校正指标，其本质是利用大气端元（⁴He/²⁰Ne＝0.318）与地壳/地幔端元（⁴He/²⁰Ne→＋∞）之间巨大的差异，定量评估空气混染程度，从而确保³He/⁴He（R/RA）异常的深部来源可靠性。震例统计进一步证实，几乎所有公认有效的震前³He/⁴He正异常均伴随⁴He/²⁰Ne比值升高，因此该比值被视为判定地幔氦异常真实性的“金标准门槛”。简言之，在无高⁴He/²⁰Ne支撑的情况下，任何³He/⁴He（R/RA）升高均应视为污染所致，不具备地球内部流体指示意义。