Nature刊發海洋所關于地震帶與慢地震關系最新研究成果

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時間:2017-03-07  來源:海洋地質與環境重點實驗室文本大小:【 |  | 】  【打印

  36日,《自然》(Nature)雜志在線發表了中國科學院海洋研究所高翔特聘研究員與加拿大地質調查局王克林(Kelin Wang)教授的最新研究成果“Rheological separation of the megathrust seismogenic zone and episodic tremor and slip”。該研究的主要發現是地震帶與其下方的慢地震在斷層流變特征上是分離的,慢地震的發生受地幔楔角(斷層面與大陸莫霍面交界)附近特殊的地質條件控制。     

  本世紀初,科學家發現斷層在板塊匯聚邊界地幔楔角附近有間歇性加速運動的現象,并把這種伴隨著低頻地震的斷層運動稱為幕式震顫與慢滑移(Episodic Tremor and Slip, ETS)(圖a)。隨之又發現了一系列類似現象,統稱為慢地震。幕式震顫與慢滑移是最有規律的一種慢地震,通常發生在下沖海洋巖石圈很年輕的熱俯沖環境。慢地震是自板塊構造理論被廣泛接受以來地球動力學最重要的發現之一,它的發現顛覆了對斷層運動方式只有地震破裂和無震蠕滑的普遍認識。近年來盡管在慢地震的觀測和模擬研究上取得了巨大的進展,但依然沒有一個基本概念模型可以解釋慢地震區域分布的多樣性及其與大地震的關系。     

  高翔研究員和王克林教授的新發現是基于對俯沖斷層流變性質(脆性摩擦與黏性蠕滑等)的研究。板塊邊界大地震發生于斷層淺部,因為該處溫度低,斷層呈脆性。深部的高溫環境一般使斷層呈黏性。而高翔和王克林發現,在某些俯沖帶,地幔楔角附近的高壓流體使斷層在這一深度又重新呈現脆性,從而帶來幕式震顫與慢滑移。他們提出,在地震帶和慢滑移帶之間,斷層呈半脆性或黏性(圖c)。這一斷層流變模型的提出解釋了與慢地震相關的眾多未解難題,如:為何與地震帶是分離的;為何對應于地幔楔角特殊的巖石學條件;為何在熱俯沖環境里多發但在冷俯沖環境里缺失以及為何在某些非俯沖環境中出現。     

  這一流變模型也解釋了美國陸上圣安德烈斯斷層的慢地震現象。圣安德烈斯斷層之下正在脫水的古地幔楔提供了類似俯沖帶的高壓流體環境。這進一步表明慢地震的發生往往是受特殊的地質條件控制,而不是通常認為的地震破裂向穩定蠕滑的一種過渡方式。中國陸上某些斷層是否也有這種現象尚有待研究。   

  該研究成果不僅解釋了多種看似不相關甚至矛盾的慢地震觀測現象,而且為研究大斷層的滑動特征和地震生成機制提供了全新的概念模型。    

  該研究得到了中國科學院戰略性先導科技專項(XDA11030102)和國家自然科學基金(41406063)等項目的資助。

    原文鏈接:http://www.nature.com/nature/journal/vaop/ncurrent/full/nature21389.html 

  只讀版全文鏈接:http://rdcu.be/pQgB 

 

有大地震和慢地震現象的俯沖斷層的應力和運動現象示意圖 

 a, 俯沖斷層運動現象隨深度變化及慢地震與地幔楔角的關系。圖內插圖顯示了地幔楔角附近特殊地質條件如何導致高壓流體的存在。 

b, 斷層上的有效正應力。c, 斷層上的剪切應力和對應的流變特征。 d, 據慢地震分布所推斷的摩擦參數(a-b)的分布。

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