俯沖侵蝕在地震活動中的作用＊

俯沖侵蝕在地震活動中的作用＊

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

俯沖帶構成了太平洋板塊的大致輪廓，歷史記錄表明，許多規模最大、且最具破壞性的地震大多發生在這些俯沖帶上。由此，許多研究者對與這些邊緣相關的構造及主要構造過程產生了極大興趣，因為這些過程的變化可能是影響地震行為的一個重要因素。在俯沖過程中，當大量物質被添加到上沖板塊時，這些邊緣便被稱為增生邊緣；當物質從上沖板塊底部移出時，這些邊緣便被稱為侵蝕邊緣。對俯沖帶動力學的早期研究大多集中于增生邊緣。有關侵蝕邊緣的模型直到最近15年才比較成熟。然而，描述全球俯沖帶各邊緣的結構特征，并對相對侵蝕量進行定量化分析的研究論文顯示，全球大約57%的俯沖帶具有侵蝕性質，而并不具有增生性質。

各種有關侵蝕邊緣的模型相互矛盾。其中一類模型表明，在具有俯沖地形特征的地方（如海山），斷層摩擦力很強，導致物質通過磨蝕作用從上沖板塊底部移出。另一類模型提出一種弱化斷層，并認為俯沖侵蝕發生的原因是：上盤的水壓致裂，致使上盤物質進入俯沖帶；上盤減薄造成大幅沉降，流體沿上棱柱體中的正斷層滲出。然而，兩類模型都沒有成功地預測出侵蝕邊緣的所有結構特征。

Wang 等描述的侵蝕邊緣模型對于這類邊緣的地震活動模式具有重要意義。他們的模型是動態庫侖楔體概念的延伸，該理論已被成功地用來描述增生邊緣的地震活動及特征，如楔體幾何特征、八字形斷層的活化作用、淺層震后滑移和甚低頻地震等。相對于增生棱體而言，侵蝕邊緣的楔坡更陡，且具有傾斜幾何特征，由此，他們將地震輪回中斷層強度時變特征的相同概念應用于俯沖侵蝕。在兩次地震期間，中間棱體比下伏基底斷層（流體壓力較高）的強度大。對于地震上傾區物質而言，同震滑動在棱柱體中產生壓縮作用，而對于俯沖物質，同震滑動卻會引起膨脹，結果導致楔形體中的流體壓力比增大，而下伏板塊中的流體壓力比減小。這樣一來，基底斷層強度增大，而上覆中間棱體的強度下降，從而進一步促進了棱體基部的侵蝕作用。從時間上看，侵蝕局限于同震破裂以及地震滑移后的震后迅速形變期，這與斷層淺層區段的應力狀態的持續調整有關。

圖1 侵蝕邊緣和增生邊緣的地震活動特征。（a）Clift和Vannucchi以及Kopp等界定的侵蝕（紅色粗線）和增生（藍色粗線）俯沖帶的分布。板塊邊界源自Bird。M＞9地震（黃色星號）發生在增生邊緣，但海嘯地震（綠色圓）主要發生在侵蝕邊緣。（b）增生（藍色）和侵蝕（紅色）邊緣內淺源地震（深度≤15 km）的矩量度破裂持續時間統計。破裂持續時間以MO的立方根計算，并用一次矩震級（MW）為6的地震事件的MO進行歸一化處理，以對MW5.5～7.5震級范圍的地震進行比較。黑色圓代表最小值和最大值，條形代表每一區域的第5、25、50、75、95百分位數。黑色實線表示侵蝕邊緣的最小極大值。雖然所有區域的中間值都出現在類似的范圍內，但侵蝕邊緣內地震事件的極大值通常高于增生邊緣內地震事件的極大值（原圖為彩圖）

該模型對于認識地震活動性也有啟示，如將俯沖通道最淺部分的平面上罕見的剪切局部化與偶爾發生在上傾區的地震的長時間破裂聯系起來。地震數據也支持這一觀點。海嘯地震源于俯沖帶最淺部分的滑動，經常引起與地震矩（MO）相應的大海嘯，而且破裂時間也較長。海嘯地震主要分布在侵蝕邊緣（圖1a），表明這些地震事件可能與

Wang等所描述的過程相關。記錄到的最大地震事件（超過9級的地震）往往只發生在增生邊緣，而不是在侵蝕邊緣（圖1a），這很可能與兩種邊緣之間的幾何學特征及摩擦條件的差異有關。與侵蝕邊緣相比，增生邊緣內由于摩擦行為引起滑動（速度弱化），可能發生地震的區域向海延伸距離會更長，進而使得同震破裂區域擴大，最終導致地震震級也更大。

除了揭示出其他的復雜因素，俯沖帶地震破裂持續時間目錄也反映出邊緣類型之間的差異。除阿拉斯加－阿留申群島俯沖帶外，侵蝕邊緣內淺源地震（深度15km以內）的最大矩量度持續時間往往比增生邊緣的長（圖1b）。阿拉斯加－阿留申群島俯沖帶存在的差異向研究者提出了有關其增生歸類及其性質沿走向變化等新的問題。侵蝕邊緣的震源持續時間較長，表明其發生條件可能類似于產生海嘯地震所需要的條件。中位數的和第75百分位數的持續時間在所有區域都基本相同，表明侵蝕邊緣比增生邊緣產生的淺源地震少，但持續時間長。因而，侵蝕邊緣動力學模型可與地震觀測聯系起來，而且通過建模理論的持續發展（如Wang等提出的模型），結合地震周期形變的地震與大地測量觀測研究，人類對俯沖帶地震活動的認識將進一步提高。

譯自：Geology，May 2010，479－480

原題：The role of subduction erosion on seismicity

（楊景寧 譯；趙紀東 校）

（譯者電子信箱，趙紀東：zhaojd＠llas.ac.cn）

略）

P315.1；

A；

10.3969/j.issn.0235－4975.2011.12.006

2010－11－12。