4月27日，國際學(xué)術(shù)期刊Nature Geoscience（《自然-地球科學(xué)》）在線報(bào)道了中科院海洋所董冬冬課題組范建柯副研究員與日本東北大學(xué)趙大鵬教授的合作研究成果。團(tuán)隊(duì)利用最新的天然地震數(shù)據(jù)對(duì)全球多條俯沖帶大洋軟流圈結(jié)構(gòu)進(jìn)行了高分辨率層析成像研究，揭示了俯沖大洋板塊之下軟流圈的低速不均一性特征，并發(fā)現(xiàn)這種不均一性與9級(jí)以上巨大地震的發(fā)震位置及破裂范圍存在對(duì)應(yīng)關(guān)系，進(jìn)而提出俯沖板塊下的軟流圈結(jié)構(gòu)不均一性影響俯沖帶大地震的發(fā)震機(jī)制。
俯沖帶是地球物質(zhì)循環(huán)的重要場(chǎng)所，其孕育的火山和地震活動(dòng)能夠?qū)θ祟惿鐣?huì)產(chǎn)生巨大的影響。此前對(duì)俯沖帶結(jié)構(gòu)及大地震發(fā)震機(jī)制的研究大多集中在上覆板塊內(nèi)部、板間界面及地幔楔，而俯沖板塊之下的軟流圈（地下100~250公里之間的地幔部分）結(jié)構(gòu)及其對(duì)大地震的影響卻研究較少。
針對(duì)此問題，研究團(tuán)隊(duì)利用最新的被動(dòng)源海底地震儀（OBS）和陸地臺(tái)站記錄的天然地震數(shù)據(jù)對(duì)全球多條俯沖帶進(jìn)行了高分辨率的層析成像反演。結(jié)果顯示，在這些俯沖帶的弧前地區(qū)，俯沖板塊之下的軟流圈均表現(xiàn)出低速異常特征，將其與全球6個(gè)9.0級(jí)以上大地震的震中及破裂范圍進(jìn)行對(duì)比發(fā)現(xiàn)，大地震的震中均位于低速異常空白區(qū)或其邊緣，大地震的同震位移較大的破裂范圍大致對(duì)應(yīng)于低速異?？瞻讌^(qū)。
研究認(rèn)為，俯沖板塊之下的軟流圈低速異常所產(chǎn)生的上浮力提高了板間界面地震破裂的臨界應(yīng)力值，而在低速異?？瞻讌^(qū)上方的板間界面，其地震破裂的臨界應(yīng)力值要稍小于低速異常上方的板間界面，因此，大地震更容易在低速異?？瞻讌^(qū)上方發(fā)生。另外，大洋軟流圈低速異常所產(chǎn)生的較大上浮力可能導(dǎo)致俯沖板塊界面抬升，增強(qiáng)板間剪應(yīng)力，或者高溫的低速異常可能通過熱傳導(dǎo)或熱侵蝕，導(dǎo)致板間界面的流變性由摩擦轉(zhuǎn)變?yōu)檎承约羟校@兩種因素可能共同阻礙了大地震的破裂傳播。
該研究成果將極大地提升人們對(duì)俯沖帶深部軟流圈結(jié)構(gòu)及大地震發(fā)震機(jī)制的認(rèn)識(shí)。今后更深入的研究可能會(huì)精確地預(yù)測(cè)出未來俯沖帶大地震的潛在發(fā)震位置及破裂范圍。
范建柯副研究員為論文第一作者，范建柯副研究員與趙大鵬教授為共同通訊作者。上述研究得到了中國科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)（B類）、國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目及日本學(xué)術(shù)振興會(huì)的共同資助。
論文題目為Subslab heterogeneity and giant megathrust earthquakes，原文鏈接如下:https://dx.doi.org/10.1038/s41561-021-00728-x.
俯沖大洋板塊之下的軟流圈P波速度成像結(jié)果（其中，紅色三角和紫色等值線分別為9.0級(jí)以上大地震的震中位置及其同震位移，黑色圓圈和藍(lán)色三角分別為1900年以來發(fā)生的8.0-8.4級(jí)和8.5-8.9級(jí)大地震的震中位置）
俯沖板塊下的軟流圈低速異常影響大地震初始破裂位置及破裂范圍示意圖
