俯冲侵蚀在地震活动中的作用＊

俯冲侵蚀在地震活动中的作用＊

Susan L Bilek
（Earth and Environmental Science Department，New Mexico Tech，Socorro，New Mexico 87801，USA）

俯冲带构成了太平洋板块的大致轮廓，历史记录表明，许多规模最大、且最具破坏性的地震大多发生在这些俯冲带上。由此，许多研究者对与这些边缘相关的构造及主要构造过程产生了极大兴趣，因为这些过程的变化可能是影响地震行为的一个重要因素。在俯冲过程中，当大量物质被添加到上冲板块时，这些边缘便被称为增生边缘；当物质从上冲板块底部移出时，这些边缘便被称为侵蚀边缘。对俯冲带动力学的早期研究大多集中于增生边缘。有关侵蚀边缘的模型直到最近15年才比较成熟。然而，描述全球俯冲带各边缘的结构特征，并对相对侵蚀量进行定量化分析的研究论文显示，全球大约57%的俯冲带具有侵蚀性质，而并不具有增生性质。

各种有关侵蚀边缘的模型相互矛盾。其中一类模型表明，在具有俯冲地形特征的地方（如海山），断层摩擦力很强，导致物质通过磨蚀作用从上冲板块底部移出。另一类模型提出一种弱化断层，并认为俯冲侵蚀发生的原因是：上盘的水压致裂，致使上盘物质进入俯冲带；上盘减薄造成大幅沉降，流体沿上棱柱体中的正断层渗出。然而，两类模型都没有成功地预测出侵蚀边缘的所有结构特征。

Wang 等描述的侵蚀边缘模型对于这类边缘的地震活动模式具有重要意义。他们的模型是动态库仑楔体概念的延伸，该理论已被成功地用来描述增生边缘的地震活动及特征，如楔体几何特征、八字形断层的活化作用、浅层震后滑移和甚低频地震等。相对于增生棱体而言，侵蚀边缘的楔坡更陡，且具有倾斜几何特征，由此，他们将地震轮回中断层强度时变特征的相同概念应用于俯冲侵蚀。在两次地震期间，中间棱体比下伏基底断层（流体压力较高）的强度大。对于地震上倾区物质而言，同震滑动在棱柱体中产生压缩作用，而对于俯冲物质，同震滑动却会引起膨胀，结果导致楔形体中的流体压力比增大，而下伏板块中的流体压力比减小。这样一来，基底断层强度增大，而上覆中间棱体的强度下降，从而进一步促进了棱体基部的侵蚀作用。从时间上看，侵蚀局限于同震破裂以及地震滑移后的震后迅速形变期，这与断层浅层区段的应力状态的持续调整有关。

图1 侵蚀边缘和增生边缘的地震活动特征。（a）Clift和Vannucchi以及Kopp等界定的侵蚀（红色粗线）和增生（蓝色粗线）俯冲带的分布。板块边界源自Bird。M＞9地震（黄色星号）发生在增生边缘，但海啸地震（绿色圆）主要发生在侵蚀边缘。（b）增生（蓝色）和侵蚀（红色）边缘内浅源地震（深度≤15 km）的矩量度破裂持续时间统计。破裂持续时间以MO的立方根计算，并用一次矩震级（MW）为6的地震事件的MO进行归一化处理，以对MW5.5～7.5震级范围的地震进行比较。黑色圆代表最小值和最大值，条形代表每一区域的第5、25、50、75、95百分位数。黑色实线表示侵蚀边缘的最小极大值。虽然所有区域的中间值都出现在类似的范围内，但侵蚀边缘内地震事件的极大值通常高于增生边缘内地震事件的极大值（原图为彩图）

该模型对于认识地震活动性也有启示，如将俯冲通道最浅部分的平面上罕见的剪切局部化与偶尔发生在上倾区的地震的长时间破裂联系起来。地震数据也支持这一观点。海啸地震源于俯冲带最浅部分的滑动，经常引起与地震矩（MO）相应的大海啸，而且破裂时间也较长。海啸地震主要分布在侵蚀边缘（图1a），表明这些地震事件可能与

Wang等所描述的过程相关。记录到的最大地震事件（超过9级的地震）往往只发生在增生边缘，而不是在侵蚀边缘（图1a），这很可能与两种边缘之间的几何学特征及摩擦条件的差异有关。与侵蚀边缘相比，增生边缘内由于摩擦行为引起滑动（速度弱化），可能发生地震的区域向海延伸距离会更长，进而使得同震破裂区域扩大，最终导致地震震级也更大。

除了揭示出其他的复杂因素，俯冲带地震破裂持续时间目录也反映出边缘类型之间的差异。除阿拉斯加－阿留申群岛俯冲带外，侵蚀边缘内浅源地震（深度15km以内）的最大矩量度持续时间往往比增生边缘的长（图1b）。阿拉斯加－阿留申群岛俯冲带存在的差异向研究者提出了有关其增生归类及其性质沿走向变化等新的问题。侵蚀边缘的震源持续时间较长，表明其发生条件可能类似于产生海啸地震所需要的条件。中位数的和第75百分位数的持续时间在所有区域都基本相同，表明侵蚀边缘比增生边缘产生的浅源地震少，但持续时间长。因而，侵蚀边缘动力学模型可与地震观测联系起来，而且通过建模理论的持续发展（如Wang等提出的模型），结合地震周期形变的地震与大地测量观测研究，人类对俯冲带地震活动的认识将进一步提高。

译自：Geology，May 2010，479－480

原题：The role of subduction erosion on seismicity

（杨景宁 译；赵纪东 校）

（译者电子信箱，赵纪东：zhaojd＠llas.ac.cn）

略）

P315.1；

A；

10.3969/j.issn.0235－4975.2011.12.006

2010－11－12。