近日，中國科學院邊緣海與大洋地質重點實驗室（OMG）聯合香港中文大學，在南海東側馬尼拉海溝北部俯沖-碰撞帶巖石圈三維變形機制方面取得重要研究進展，相關成果發表于國際地學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生的主要場所。研究表明，板塊在俯沖或碰撞過程中會發生撓曲，當應力超過了板塊的強度，就會形成斷裂，并誘發板內地震。前人通常將俯沖帶和碰撞帶作為兩個獨立系統分別進行研究，而俯沖帶沿著走向轉變為碰撞帶的現象并不罕見，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。但是目前對于俯沖-碰撞轉換帶的巖石圈變形機制及應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生了變化，這對巖石圈變形產生何種影響還有待研究。
為解決這一問題，研究人員以多條穿越馬尼拉俯沖帶北部的地震速度結構剖面為約束（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的變化。結果表明，從馬尼拉俯沖帶到臺灣造山帶，板塊剛度與載荷均呈增加趨勢。為了同時擬合所有觀測結果，需要在俯沖-碰撞轉換帶加載一個向上的邊界載荷，理論計算表明，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。
同時，研究人員根據板塊撓曲形態，計算了板塊的彎曲應力分布（圖2）。結果顯示最大彎曲應力與現今臺灣西南部密集的地震活動一致，表明造山運動的巨大載荷與俯沖板塊的橫向密度變化對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力分布板內地震活動的相關性，對于理解俯沖-碰撞帶板內地震分布規律和孕震機制等具有重要意義。
實驗室副研究員張江陽為該論文第一作者，研究員孫珍和香港中文大學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劃、國家自然科學基金委、中科院中國-巴基斯坦地球科學中心、香港研究資助局等項目資助。
相關論文信息：https://doi.org/10.1029/2022GL100474
圖1 馬尼拉海溝北部和臺灣碰撞帶的地形圖。a. 研究區的構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 巖石圈三維撓曲應力分布結果。a. 三維最大主彎曲應力。藍色橢圓代表板內地震集中的地方。b. 研究區域的地震活動。黑點表示ISC目錄中的地震；震源機制來自GCMT（Mw>4.0）。c - e.不同剖面（子圖b）的應力切片與板內地震的對比結果
附件下載：