近日，中國(guó)科學(xué)院邊緣海與大洋地質(zhì)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（OMG）聯(lián)合香港中文大學(xué)，在南海東側(cè)馬尼拉海溝北部俯沖-碰撞帶巖石圈三維變形機(jī)制方面取得重要研究進(jìn)展，相關(guān)成果發(fā)表于國(guó)際地學(xué)Top期刊Geophysical Research Letters（《地球物理研究通訊》）。 

　　俯沖帶和碰撞造山帶作為板塊匯聚的邊界，是巖石圈變形和地震發(fā)生的主要場(chǎng)所。研究表明，板塊在俯沖或碰撞過(guò)程中會(huì)發(fā)生撓曲，當(dāng)應(yīng)力超過(guò)了板塊的強(qiáng)度，就會(huì)形成斷裂，并誘發(fā)板內(nèi)地震。前人通常將俯沖帶和碰撞帶作為兩個(gè)獨(dú)立系統(tǒng)分別進(jìn)行研究，而俯沖帶沿著走向轉(zhuǎn)變?yōu)榕鲎矌У默F(xiàn)象并不罕見(jiàn)，比如阿拉斯加俯沖帶東北部、東爪哇俯沖帶和南海馬尼拉俯沖帶北部。但是目前對(duì)于俯沖-碰撞轉(zhuǎn)換帶的巖石圈變形機(jī)制及應(yīng)力分布的橫向變化了解較少。從俯沖到碰撞，俯沖板塊的密度和上覆板塊的載荷均發(fā)生了變化，這對(duì)巖石圈變形產(chǎn)生何種影響還有待研究。 

　　為解決這一問(wèn)題，研究人員以多條穿越馬尼拉俯沖帶北部的地震速度結(jié)構(gòu)剖面為約束（圖1），模擬了馬尼拉海溝北部俯沖-碰撞帶的巖石圈三維板塊撓曲變形，并反演獲得巖石圈剛度、板塊彎矩和剪力等撓曲參數(shù)的變化。結(jié)果表明，從馬尼拉俯沖帶到臺(tái)灣造山帶，板塊剛度與載荷均呈增加趨勢(shì)。為了同時(shí)擬合所有觀測(cè)結(jié)果，需要在俯沖-碰撞轉(zhuǎn)換帶加載一個(gè)向上的邊界載荷，理論計(jì)算表明，該載荷可能與俯沖板塊從洋到陸密度的差異引起的浮力變化有關(guān)。 

　　同時(shí)，研究人員根據(jù)板塊撓曲形態(tài)，計(jì)算了板塊的彎曲應(yīng)力分布（圖2）。結(jié)果顯示最大彎曲應(yīng)力與現(xiàn)今臺(tái)灣西南部密集的地震活動(dòng)一致，表明造山運(yùn)動(dòng)的巨大載荷與俯沖板塊的橫向密度變化對(duì)巖石圈撓曲變形和地震分布有著重要影響。 

　　本研究揭示了馬尼拉俯沖-碰撞板塊的三維撓曲應(yīng)力分布板內(nèi)地震活動(dòng)的相關(guān)性，對(duì)于理解俯沖-碰撞帶板內(nèi)地震分布規(guī)律和孕震機(jī)制等具有重要意義。 

　　實(shí)驗(yàn)室副研究員張江陽(yáng)為該論文第一作者，研究員孫珍和香港中文大學(xué)副教授楊宏峰為共同通訊作者，研究員張帆為共同作者。本研究受到廣東省人才計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金委、中科院中國(guó)-巴基斯坦地球科學(xué)中心、香港研究資助局等項(xiàng)目資助。 

　　相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1029/2022GL100474 

圖1 馬尼拉海溝北部和臺(tái)灣碰撞帶的地形圖。a. 研究區(qū)的構(gòu)造背景和地震剖面位置。虛線代表洋-陸邊界。b. 以地震剖面為約束的板塊三維撓曲示意圖 (Eakin et al., 2014; Lester et al., 2013; McIntosh et al., 2013)

圖2 巖石圈三維撓曲應(yīng)力分布結(jié)果。a. 三維最大主彎曲應(yīng)力。藍(lán)色橢圓代表板內(nèi)地震集中的地方。b. 研究區(qū)域的地震活動(dòng)。黑點(diǎn)表示ISC目錄中的地震；震源機(jī)制來(lái)自GCMT（M_w>4.0）。c - e.不同剖面（子圖b）的應(yīng)力切片與板內(nèi)地震的對(duì)比結(jié)果