研究揭示俯沖帶水合／脫水作用與孕震行為影響

近日，中國科學院南海海洋研究所邊緣海與大洋地質重點實驗室（OMG）研究員夏少紅團隊聯合南京大學與日本東北大學等團隊，在俯沖帶水合/脫水作用與大地震產生關系方面取得新進展。相關成果發表于《地球物理學研究雜志：固體地球》。茍濤助理研究員為該論文第一作者，夏少紅研究員為通訊作者，南京大學教授黃周傳與日本東北大學教授趙大鵬為共同作者。

俯沖帶是地球上最大的地震聚集帶，產生了全球90%以上的地震，是8級以上大地震的主要發生區域。俯沖大洋板塊與上覆板塊之間的大型逆沖斷層是世界上規模最大的斷層之一，上下板塊之間的摩擦耦合不斷積累著巨大的應變能，到達足夠程度后發生錯動可觸發高達9級的板間地震，可造成災難性的破壞。因此，板間大地震的產生規律一直是社會公眾和科學界關注的焦點問題。

大洋板塊水合/脫水是地球進行水循環的關鍵途徑，也是造成俯沖帶異質性的重要過程。海水沿斷層裂隙進入大洋板塊巖石圈，通過水合作用（如蛇紋石化）形成含水礦物，可造成巖石流變學性質的顯著改變。同時，隨著板塊俯沖，大量地表水被運輸到地球內部，其中大部分通過板塊脫水釋放到地幔中，深刻地影響著俯沖帶殼幔結構與應力狀態。然而，由于缺乏對板塊水合/脫水程度的三維約束，上述過程能否影響俯沖帶板間耦合和地震產生尚未取得較好認識。

針對上述問題，研究團隊利用美國阿拉斯加前弧海底地震儀和陸地臺站天然地震數據，通過地震層析成像反演獲得了高精度P波速度（Vp）、S波速度（Vs）和波速比（Vp/Vs）三維結構。研究結果表明，俯沖太平洋板塊內部地震波速顯示出不同程度的降低，據此，研究人員對蛇紋石化程度進行了估算，發現其水合程度沿海溝走向的顯著變化。

在已有約120年未發生8級以上地震的舒馬金群島，俯沖板塊水合程度最高，這可能是由于洋脊處形成的化石組構近平行于海溝方向，加強了俯沖外緣隆起處彎曲斷層的水合作用，生成的大量蛇紋石導致板塊強度降低，板間耦合較弱，因此板塊界面難以形成大地震。同時，俯沖板塊水合程度由西向東減小，并且表現出不平滑的變化趨勢，這與板間耦合沿海溝走向的分段變化特征，以及2020-2021年兩次板間大地震的同震位移空間展布密切相關。這些現象表明該地區俯沖板塊水合程度的空間變化可能影響了板間耦合和大地震破裂。

此外，在舒馬金群島和科迪亞克島，由于上覆板塊和地幔楔表現為低速、高波速比特征，同時俯沖板塊內具有更頻繁的地震活動，深部板塊的變質脫水可能更加強烈。而脫水過程中釋放的含水流體向上遷移和聚集，又促進了板塊界面深部構造震顫與長周期慢滑移事件的產生。