近日，中国科学院南海海洋研究所边缘海与大洋地质重点实验室（OMG）张江阳副研究员、张帆研究员和孙珍研究员，联合香港中文大学杨宏峰教授团队等，在马里亚纳海沟南部“挑战者深渊”附近的岩石圈变形和地震相关性研究取得新进展。相关成果于近日发表在Tectonophysics（《构造物理》）上。
俯冲带作为汇聚型板块边界，是大地震最活跃的区域。俯冲带地震主要分为两类，一类是发生在上下板块之间的逆冲地震，另一类是发生在俯冲大洋板块内部，由岩石圈弯曲变形而引起的伸展型地震。由于板内地震深度较浅，容易引起海啸等自然灾害，造成重大的生命和财产损失，因此，是人们关注度比较大的地震。
马里亚纳俯冲带位于太平洋的西边界，其最南端的“挑战者深渊”深度接近11000米，是全球最深的点。但相比于其它海沟，如智利、日本海沟，马里亚纳海沟南端远离大陆，缺乏近场观测，研究程度相对较低。海底地形数据显示该区域的板块挠曲变形巨大，如此大的变形对板内地震有什么影响不清楚。
图1 板块挠曲应力分量与地震分布
针对这一问题，研究人员通过对“挑战者深渊”附近的海底高精度地形的分析和解释，统计板块挠曲断裂的走向，确定了板块挠曲的主方向。利用新开发的三维板块挠曲模型，重现了马里亚纳海沟最南端的岩石圈挠曲形态，采用粒子群人工智能算法（PSO）反演了俯冲板的弯曲参数。
研究发现挠曲应力沿海沟走向变化最大的区域，与外缘隆起区及地震群集中区一致。（图1）。结合前人研究发现板内地震所刻画的断层面与磁异常条带近似平行，本研究认为地震群与海底先存断裂的重新活化有关。
基于上述认识，研究提出了一个三维弯曲模式（图2），即沿海沟走向的载荷增加会引起板块挠度的横向变化，以及最大弯曲应力方向的改变，这可能导致先前存在的弱断层重新激活和非均匀分布的板内地震。
本研究揭示了马里亚纳海沟南端“挑战者深渊”俯冲板块变形、应力状态与地震分布之间的关系，不仅有助于理解俯冲带地震的力学过程，对于地震海啸的预警也具有重要意义。
相关论文信息：https://doi.org/10.1016/j.tecto.2023.229752
图2 俯冲板块挠曲形态变化对应力状态影响的模式图
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