近日，《自然—地球科學》在線報道了中科院海洋研究所與日本東北大學的合作研究成果。團隊利用最新的天然地震數據對全球多條俯沖帶大洋軟流圈結構進行了高分辨率的層析成像研究，揭示了俯沖大洋板塊之下軟流圈的低速不均一性特征，并發現這種不均一性與9級以上巨大地震的發震位置及破裂范圍存在對應關系，進而提出俯沖板塊下的軟流圈結構不均一性影響俯沖帶大地震的發震機制。
俯沖帶是地球物質循環的重要場所，其孕育的火山和地震活動能夠對人類社會產生巨大影響。此前對俯沖帶結構及大地震發震機制的研究大多集中在上覆板塊內部、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）結構及其對大地震的影響卻研究較少。
“針對此問題，我們利用最新的被動源海底地震儀和陸地臺站記錄的天然地震數據，對全球多條俯沖帶進行了高分辨率的層析成像反演。結果顯示，在這些俯沖帶的弧前地區，俯沖板塊之下的軟流圈均表現出低速異常特征，將其與全球6個9.0級以上大地震的震中及破裂范圍進行對比發現，大地震的震中均位于低速異常空白區或其邊緣，大地震的同震位移較大的破裂范圍大致對應于低速異常空白區。”海洋研究所副研究員范建柯告訴記者。
研究認為，俯沖板塊之下的軟流圈低速異常所產生的上浮力提高了板間界面地震破裂的臨界應力值，而在低速異常空白區上方的板間界面，其地震破裂的臨界應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常空白區上方發生。
另外，研究還發現，大洋軟流圈低速異常所產生的較大上浮力可能導致俯沖板塊界面抬升，增強板間剪應力，或者高溫的低速異常可能通過熱傳導或熱侵蝕，導致板間界面的流變性由摩擦轉變為粘性剪切。
“這兩種因素可能共同阻礙了大地震的破裂傳播。”范建柯說。
據悉，該研究成果將極大地提升人們對俯沖帶深部軟流圈結構及大地震發震機制的認識。今后更深入的研究可能會精確地預測出未來俯沖帶大地震的潛在發震位置及破裂范圍。
論文相關信息：https://dx.doi.org/10.1038/s41561-021-00728-x.
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