3月6日，《自然》（Nature）雜志在線發(fā)表了中國(guó)科學(xué)院海洋研究所高翔特聘研究員與加拿大地質(zhì)調(diào)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(fā)現(xiàn)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(fā)生受地幔楔角（斷層面與大陸莫霍面交界）附近特殊的地質(zhì)條件控制。
本世紀(jì)初，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)斷層在板塊匯聚邊界地幔楔角附近有間歇性加速運(yùn)動(dòng)的現(xiàn)象，并把這種伴隨著低頻地震的斷層運(yùn)動(dòng)稱為幕式震顫與慢滑移（Episodic Tremor and Slip, ETS）（圖a）。隨之又發(fā)現(xiàn)了一系列類似現(xiàn)象，統(tǒng)稱為慢地震。幕式震顫與慢滑移是最有規(guī)律的一種慢地震，通常發(fā)生在下沖海洋巖石圈很年輕的熱俯沖環(huán)境。慢地震是自板塊構(gòu)造理論被廣泛接受以來(lái)地球動(dòng)力學(xué)最重要的發(fā)現(xiàn)之一，它的發(fā)現(xiàn)顛覆了對(duì)斷層運(yùn)動(dòng)方式只有地震破裂和無(wú)震蠕滑的普遍認(rèn)識(shí)。近年來(lái)盡管在慢地震的觀測(cè)和模擬研究上取得了巨大的進(jìn)展，但依然沒(méi)有一個(gè)基本概念模型可以解釋慢地震區(qū)域分布的多樣性及其與大地震的關(guān)系。
高翔研究員和王克林教授的新發(fā)現(xiàn)是基于對(duì)俯沖斷層流變性質(zhì)（脆性摩擦與黏性蠕滑等）的研究。板塊邊界大地震發(fā)生于斷層淺部，因?yàn)樵撎帨囟鹊停瑪鄬映蚀嘈?。深部的高溫環(huán)境一般使斷層呈黏性。而高翔和王克林發(fā)現(xiàn)，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(xiàn)脆性，從而帶來(lái)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(guān)的眾多未解難題，如：為何與地震帶是分離的；為何對(duì)應(yīng)于地幔楔角特殊的巖石學(xué)條件；為何在熱俯沖環(huán)境里多發(fā)但在冷俯沖環(huán)境里缺失以及為何在某些非俯沖環(huán)境中出現(xiàn)。
這一流變模型也解釋了美國(guó)陸上圣安德烈斯斷層的慢地震現(xiàn)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(huán)境。這進(jìn)一步表明慢地震的發(fā)生往往是受特殊的地質(zhì)條件控制，而不是通常認(rèn)為的地震破裂向穩(wěn)定蠕滑的一種過(guò)渡方式。中國(guó)陸上某些斷層是否也有這種現(xiàn)象尚有待研究。
該研究成果不僅解釋了多種看似不相關(guān)甚至矛盾的慢地震觀測(cè)現(xiàn)象，而且為研究大斷層的滑動(dòng)特征和地震生成機(jī)制提供了全新的概念模型。
該研究得到了中國(guó)科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)（XDA11030102）和國(guó)家自然科學(xué)基金（41406063）等項(xiàng)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(xiàn)象的俯沖斷層的應(yīng)力和運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象示意圖
a, 俯沖斷層運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象隨深度變化及慢地震與地幔楔角的關(guān)系。圖內(nèi)插圖顯示了地幔楔角附近特殊地質(zhì)條件如何導(dǎo)致高壓流體的存在。
b, 斷層上的有效正應(yīng)力。c, 斷層上的剪切應(yīng)力和對(duì)應(yīng)的流變特征。 d, 據(jù)慢地震分布所推斷的摩擦參數(shù)（a-b）的分布。
