Nature：硅富集度对俯冲带慢地震周期性控制
慢地震是指缓慢的断层滑动，并通常伴随着低频的震颤（也称为不连续性震颤和滑动，或ETS）。它们通常是以一定的时间间隔重复发生在那些年轻且较热的俯冲带弧前的板块界面上和下倾的闭锁带内。
在俯冲带弧前的地震和大地测量观测表明慢地震，包括不连续性震颤和滑动，通常是间隔一定时间重复发生的，间隔周期从小于6个月到超过2年。在卡斯卡迪亚地区，缓慢的滑动沿着俯冲带走向是分段的，并且震颤数据显示随着板块界面深度的增加，不连续性震颤由震级较大、时间间隔较长的滑动事件逐渐变为震级较小、频繁发生的滑动事件。来自慢速滑动和震颤的观测和实验模拟都表明需要在慢地震震源区表现为近似静岩孔隙流体压力。由于俯冲洋壳内接近静岩的孔隙流体压力所导致的有着非常低的S波速度的下倾闭锁带与慢地震之间的关联，在很多地方已经被报到了，这可能表明断层带水文和断层滑动行为之间存在着一定的关联。然而，目前对于什么样的因素控制震颤重复发生的时间间隔的直接证据还是模糊不清的。
2014年6月加拿大渥太华大学（University of Ottawa）地球科学系的Pascal Audet和美国加州大学伯克利分校（University of California, Berkeley）地球和行星科学系，伯克利地震实验室的Roland Burgmann在Nature上发表的论文报道了他们对可能控制俯冲带慢地震周期性的因素进行的研究。他们的研究主要收集了位于俯冲带弧前地区几个宽频地震台站监测到ETS现象的数据。然后对每个宽频台站，选取了1990－2011年间垂直分量信噪比>7.5 dB且面波震级M > 5.8的地震事件的三分量数据，通过接收函数方法和基于射线的快速正演算法来进行波形模拟和波速分析。他们通过对那些表现出慢地震的俯冲带弧前地区的地震数据进行分析，结果显示上覆的弧前地壳的纵波速度与剪切波速度的平均比值（(Vp/Vs）介于1.6和2.0之间，并且Vp/Vs比值与慢地震平均重复发生的时间间隔存在着线性相关的关系。在卡斯卡迪亚北部，弧前Vp/Vs比值随着板块界面的深度增加而减少，但随着震颤重复发生的时间间隔的缩短而减少（图1）。在大多是铁镁质的弧前环境下，通常需要大量石英的存在才可能导致较低的Vp/Vs值。
图1: 卡斯卡迪亚北部上覆弧前地壳的Vp/Vs值变化
他们认为，来源于板块的流体与石英脉的向上矿化所导致的5%到15%的硅富集度的变化，可以解释他们观察到的Vp/ Vs值的变化范围和 Vp/Vs值的下倾减少，也就是Vp/Vs值随着板块界面的深度增加而逐渐减小。硅的溶解度取决于温度和接近弧前地壳底部的主要沉积物。他们进一步提出，通过溶解－沉淀蠕变，富含硅的断层泥的愈合和渗透率的降低对温度有非常强的依赖性，这可以解释震颤重复发生的时间间隔随着硅富集度的渐进而逐渐变短（图2）。在较高温度下较低的断层泥渗透率可以引起更快的流体超压的发展和低的有效断层正应力，从而导致震颤重复发生时间变短。他们的研究结果与，通过孔隙空间增加而导致的流体压力减小所引起的断层扩容强化条件下滑动稳定性的数值模拟结果是一致的。这也就意味着对温度有较强依赖性的硅沉积，渗透率减少和流体超压的发展控制了扩容和慢地震的行为。
图2: 在卡斯卡迪亚北部硅富集控制慢地震行为的概念模型
该项研究发表于国际自然科学领域顶级期刊Nature上： Pascal Audet and Roland Burgmann, Possible control of subduction zone slow-earthquake periodicity by silica enrichment, 2014, Nature,Vol.510, 389-392。 （译文：李红谊/地球物理与信息技术学院）
附件： 20141127144344457240.pdf (1.007082MB)