近日，中國科學(xué)院南海海洋研究所邊緣海與大洋地質(zhì)重點實驗室（OMG）張江陽副研究員、張帆研究員和孫珍研究員，聯(lián)合香港中文大學(xué)楊宏峰教授團(tuán)隊等，在馬里亞納海溝南部“挑戰(zhàn)者深淵”附近的巖石圈變形和地震相關(guān)性研究取得新進(jìn)展。相關(guān)成果于近日發(fā)表在Tectonophysics（《構(gòu)造物理》）上。
俯沖帶作為匯聚型板塊邊界，是大地震最活躍的區(qū)域。俯沖帶地震主要分為兩類，一類是發(fā)生在上下板塊之間的逆沖地震，另一類是發(fā)生在俯沖大洋板塊內(nèi)部，由巖石圈彎曲變形而引起的伸展型地震。由于板內(nèi)地震深度較淺，容易引起海嘯等自然災(zāi)害，造成重大的生命和財產(chǎn)損失，因此，是人們關(guān)注度比較大的地震。
馬里亞納俯沖帶位于太平洋的西邊界，其最南端的“挑戰(zhàn)者深淵”深度接近11000米，是全球最深的點。但相比于其它海溝，如智利、日本海溝，馬里亞納海溝南端遠(yuǎn)離大陸，缺乏近場觀測，研究程度相對較低。海底地形數(shù)據(jù)顯示該區(qū)域的板塊撓曲變形巨大，如此大的變形對板內(nèi)地震有什么影響不清楚。
圖1 板塊撓曲應(yīng)力分量與地震分布
針對這一問題，研究人員通過對“挑戰(zhàn)者深淵”附近的海底高精度地形的分析和解釋，統(tǒng)計板塊撓曲斷裂的走向，確定了板塊撓曲的主方向。利用新開發(fā)的三維板塊撓曲模型，重現(xiàn)了馬里亞納海溝最南端的巖石圈撓曲形態(tài)，采用粒子群人工智能算法（PSO）反演了俯沖板的彎曲參數(shù)。
研究發(fā)現(xiàn)撓曲應(yīng)力沿海溝走向變化最大的區(qū)域，與外緣隆起區(qū)及地震群集中區(qū)一致。（圖1）。結(jié)合前人研究發(fā)現(xiàn)板內(nèi)地震所刻畫的斷層面與磁異常條帶近似平行，本研究認(rèn)為地震群與海底先存斷裂的重新活化有關(guān)。
基于上述認(rèn)識，研究提出了一個三維彎曲模式（圖2），即沿海溝走向的載荷增加會引起板塊撓度的橫向變化，以及最大彎曲應(yīng)力方向的改變，這可能導(dǎo)致先前存在的弱斷層重新激活和非均勻分布的板內(nèi)地震。
本研究揭示了馬里亞納海溝南端“挑戰(zhàn)者深淵”俯沖板塊變形、應(yīng)力狀態(tài)與地震分布之間的關(guān)系，不僅有助于理解俯沖帶地震的力學(xué)過程，對于地震海嘯的預(yù)警也具有重要意義。
相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1016/j.tecto.2023.229752
圖2 俯沖板塊撓曲形態(tài)變化對應(yīng)力狀態(tài)影響的模式圖
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