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yexuqing木蟲(chóng)之王 (文學(xué)泰斗)
太陽(yáng)系系主任
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張?chǎng)析危喝毡局胁刻窖蟾_板塊精細(xì)結(jié)構(gòu)與深源地震機(jī)制
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張?chǎng)析危喝毡局胁刻窖蟾_板塊精細(xì)結(jié)構(gòu)與深源地震機(jī)制【CEE，2026】 2026-03-04 閱讀：251次 地震隨著深度的增加呈現(xiàn)明顯的雙峰特征，分別集中在地殼內(nèi)的淺源地震和俯沖板塊內(nèi)的深源地震（>300公里深度）。大量研究表明淺源地震以脆性破裂為主，而深源地震的發(fā)震機(jī)制卻存在較大爭(zhēng)議，主要包括脫水脆裂、橄欖石亞穩(wěn)態(tài)相變、熱失穩(wěn)等三大主流假說(shuō)。目前已有的地震層析成像方法對(duì)300公里以深地層分辨率仍然有限，無(wú)法探測(cè)深源地震發(fā)震區(qū)域內(nèi)的精細(xì)速度結(jié)構(gòu)，從而限制了對(duì)深源地震發(fā)震機(jī)制的約束。 我校地球物理與信息技術(shù)學(xué)院博士生張?chǎng)析卧诮瓏?guó)明教授、張貴賓教授以及日本東北大學(xué)趙大鵬教授的共同指導(dǎo)下，以日本中部下方西太平洋俯沖板塊速度結(jié)構(gòu)作為研究對(duì)象（圖1），基于絕對(duì)走時(shí)層析成像方法（TOMOG3D）發(fā)展了一種新的雙差走時(shí)成像方法，利用日本地區(qū)密集的地震臺(tái)網(wǎng)和數(shù)十年的高質(zhì)量地震數(shù)據(jù)，獲得了俯沖板塊內(nèi)深部的P波、S波和波速比異常三維結(jié)構(gòu)，結(jié)合震源機(jī)制解、應(yīng)力場(chǎng)分析等技術(shù)手段，深入探究了俯沖板塊內(nèi)橄欖石亞穩(wěn)態(tài)楔精細(xì)結(jié)構(gòu)和深源地震的觸發(fā)機(jī)制。取得的新認(rèn)識(shí)如下： 1、西太平洋俯沖板塊深部存在一個(gè)夾心餅干式的速度結(jié)構(gòu)（圖2），自上而下的速度特征分別為： （1）300-330公里：高VP、高VS、低VP/VS； （2）330-380公里：低VP、低VS、高VP/VS； （3）>380公里：低VP、高VS、低VP/VS。 這三層結(jié)構(gòu)被解釋為俯沖板塊內(nèi)的亞穩(wěn)態(tài)橄欖巖（α相）、不穩(wěn)定或正在相變中的橄欖巖及穩(wěn)定的橄欖巖（β相，瓦茲利石），分別對(duì)應(yīng)了橄欖石（亞）穩(wěn)定、不穩(wěn)定和穩(wěn)定三種狀態(tài)，證實(shí)了橄欖石亞穩(wěn)態(tài)楔的存在。 2、高VP/VS異常結(jié)構(gòu)可能意味著在一定的溫度條件下（>1000 °C），深部存在礦物的脫水現(xiàn)象（含水相A），并在一定程度上促進(jìn)了橄欖巖的相變進(jìn)程。 3、俯沖板內(nèi)部應(yīng)力場(chǎng)分布表明，深部板塊俯沖方向上為壓縮應(yīng)力主導(dǎo)（圖3），這與反裂紋破裂模型一致，解釋了亞穩(wěn)態(tài)橄欖巖相變的微觀機(jī)制。 4、深源地震在橄欖石亞穩(wěn)態(tài)楔內(nèi)的分布具有明顯的震級(jí)分異特征：大震級(jí)事件（Mw>3.8）主要集中在亞穩(wěn)態(tài)楔中心區(qū)域，而小震級(jí)事件（Mw<3.8）則較為分散，多分布在亞穩(wěn)態(tài)楔邊緣及內(nèi)部，與深源地震的b值扭折特征高度契合。 5、結(jié)合新結(jié)果，深入探討了深源地震的觸發(fā)機(jī)制（圖4）：在亞穩(wěn)態(tài)橄欖巖的不穩(wěn)定邊緣內(nèi)，含水相A的脫水促進(jìn)了橄欖巖相變，同時(shí)在擠壓應(yīng)力的作用下，橄欖巖相變?yōu)楦呙芏燃饩l(fā)生崩塌，從而形成反裂紋。這些反裂紋相互作用并自我重組形成斷層，進(jìn)而引發(fā)相對(duì)較小的深源地震。因此，綜合認(rèn)為橄欖石亞穩(wěn)態(tài)相變和深部脫水共同觸發(fā)了深源地震。 上述研究成果不僅揭示了深俯沖板塊內(nèi)部的精細(xì)速度結(jié)構(gòu)，而且為深部地震成因機(jī)制研究提供強(qiáng)有力的約束，同時(shí)還為理解西太平洋俯沖板塊的俯沖動(dòng)力過(guò)程提供了的地震學(xué)證據(jù)。 圖1 日本及周邊地區(qū)地質(zhì)構(gòu)造背景（虛線框?yàn)檠芯繀^(qū)域） 藍(lán)色方塊和紅色三角形分別代表所用的臺(tái)站和火山. 帶鋸齒的曲線代表海溝 圖2 P波、S波速度和波速比異常層析成像結(jié)果 (a) 深度為375公里的P 波速度異常水平剖面圖. 小叉號(hào)代表震源.（b-d）沿A-A’剖線的P波、S波速度和波速比異�？v剖面結(jié)果. 黑色實(shí)線代表俯沖板塊上、下邊界. 白色圓點(diǎn)代表剖線附近的地震. 紅色曲線代表分辨率恢復(fù)度大于50%的等值線 圖3 西太平洋俯沖板塊內(nèi)震源機(jī)制與應(yīng)力分布 (a) 板塊內(nèi)震源機(jī)制及應(yīng)力分布縱剖面圖. (b) 四個(gè)深度段內(nèi)應(yīng)力分布極坐標(biāo)圖 圖4 日本中部西太平洋俯沖板塊內(nèi)橄欖石亞穩(wěn)態(tài)楔三維結(jié)構(gòu)與深震觸發(fā)機(jī)制示意圖 該研究受到國(guó)家自然科學(xué)基金（40904021）、日本學(xué)術(shù)振興會(huì)（19H01996）以及日本文部科學(xué)省地震火山防災(zāi)研究項(xiàng)目聯(lián)合資助。成果近期發(fā)表于Nature旗下期刊《通訊：地球與環(huán)境》（Communications Earth & Environment）：Zhang, X., Jiang, G., Zhao, D. & Zhang, G. Fine slab structure and mechanism of deep earthquakes beneath central Japan. Communications Earth & Environment (2026). 全文鏈接：https://doi.org/10.1038/s43247-026-03280-x |
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