高 翔

(1. 中国科学院海洋研究所海洋地质与环境重点实验室 青岛 266071; 2. 青岛海洋科学与技术国家实验室海洋地质过程与环境功能实验室 青岛 266061)

在众多自然灾害中, 地震和海啸对人类社会的威胁最大, 它们的成因机制一直是地球科学亟需解决的前沿科学问题。地震和海啸通常产生于板块的汇聚边界-俯冲带, 如2004年印尼9.2级地震和2011年日本9.0级地震(图1), 这些地震及其引发的海啸造成了数十万的人员死亡和数千亿美元的经济损失。因此,围绕俯冲带的研究孕育了多个全球大型科研项目如GeoPRISMS、Earthscope和IODP等, 试图从多学科多角度了解俯冲带的内部结构、动力学和岩石学过程。同时, 俯冲带也是国内诸多大型科研项目如“中国科学院战略先导科技专项”等的主要研究内容。在俯冲带众多研究内容和方法中, 本文主要聚焦于在俯冲断层的热-力学特征研究方向所取得的重要发现,以及这些发现对地震活动机制的认识和在防震减灾中所起的作用。

俯冲断层热-力学特征不仅直接影响俯冲带内的岩石相变和变质作用、流体活动以及岩浆活动等(Peacock, 2003; Wadaet al, 2009; Englandet al, 2010),而且与地震活动密切相关(Hyndmanet al, 1993; Gaoet al, 2014)(图2)。地震通常形成于断层的脆性破裂与滑动, 高温会使岩石从脆性变为黏性, 阻碍脆性破裂,这也是俯冲带地震底边界深度在热环境下要比冷环境下浅的原因(Peacocket al, 1999b)。同时, 含水矿物在一定的温压条件下会发生脱水和变质作用, 也会改变断层的滑动方式(Hackeret al, 2003)。基于以上基本认识, 断层温度被广泛的用来推断大地震破裂的上下边界, 进而推断某一区域潜在发生大地震震级(Hyndmanet al, 1993; Smithet al, 2013)。……