地震層析成像方法為俯沖板片的形態(tài)、形變與流變（間接）提供了獨特的約束條件。本文利用遠震雙差P波成像技術(shù)對伊豆—小笠原板片的復(fù)雜結(jié)構(gòu)進行了非常清晰的成像,結(jié)果顯示位于26.5°N～28°N之間的地幔過渡帶（MTZ）中存在一個板片撕裂。撕裂以北,板片在MTZ發(fā)生折疊,在褶皺樞紐的正上方,剪切帶內(nèi)初期的黏性耗散形成了P波衰減區(qū)。撕裂以南,在MTZ底部板片發(fā)生翻轉(zhuǎn)且平鋪于MTZ的底部。2015年小笠原地震（M_W約為7.9）的震源深度約為680km,該地震發(fā)生在翻轉(zhuǎn)板片的最北端。伊豆—小笠原板片的局部撕裂、剪切和屈曲表明,其經(jīng)過上地幔和地幔過渡帶后仍然保持了較高的黏滯性。 

【文章來源】：世界地震譯叢. 2020,51(05)

【文章頁數(shù)】：12 頁

【部分圖文】：

伊豆—小笠原研究區(qū)概況圖(原圖為彩色圖——譯注)。上圖顯示了位于海溝以東太平洋板塊(數(shù)據(jù)來源于全球數(shù)字高程模型ETOPO2)的地形起伏狀態(tài)59。在無凈旋參考系下60,太平洋板塊和菲律賓海板塊之間的會聚速度和海溝的推進速度用白色箭頭表示。圖中地震數(shù)據(jù)來自EHB目錄(1960～2008年)中的重定位地震,不同顏色代表不同的震源深度,圖中由層析反演估算的板片速度最大部分邊緣的深度也采用了同樣的配色方案。在140.5°E,26.5°N的三岔口標(biāo)志著板片撕裂的最淺界限。線A—A′至F—F′分別對應(yīng)于圖2中各層析成像剖面圖(a～f)。沿著D—D′和E—E′兩段,板塊最深處均有向西和向東延伸的趨勢,這是由于板片撕裂的方向與海溝不垂直造成的。2015年小笠原群島深源地震的位置用五角星表示

我們使用Engdahl等39的單事件方法從Engdahl-van der Hilst-Buland(EHB)目錄中收集了1960～2008年期間發(fā)生在伊豆—小笠原地區(qū)地震的到時數(shù)據(jù),利用該數(shù)據(jù)構(gòu)建了伊豆—小笠原區(qū)域下P波波速的DD層析模型,剖面圖見圖2�？臻g分辨率在經(jīng)度和深度上為30～40km,在緯度上為100～200km。分辨率測試結(jié)果表明,該數(shù)據(jù)可以很好地展示板片的形態(tài),但由于DD層析成像系統(tǒng)進行了平滑和阻尼調(diào)節(jié),可能會在一定程度上低估了波形振幅(見“補充材料”)。采用DD層析反演技術(shù)同時也對2015年在小笠原MW7.9地震進行了重定位,定位結(jié)果為27.741°N,140.572°E,震源深度為679.9km,比Zhao等25獲得的位置(27.740°N,140.590°E,深度667.2km)更深,但震中位置近似。復(fù)原測試表明,深度不確定度約為1.4km(見“補充材料”)。俯沖帶北部(約31.5°N,圖2a),深度100～400km范圍內(nèi)存在一個連續(xù)的高速異常體以約50°的傾角向西傾斜。該區(qū)域的和達—貝尼奧夫帶厚度約為20km,與高速異常帶比較吻合。在深度約400km處,高速異常帶的傾角減小到20°～30°。向南(圖2b,2c)高速異常的傾角在中淺層增大,在MTZ減小,這與前人的研究吻合13。在28°N左右,高速異常突然彎曲到了80°,在MTZ中近乎水平。此剖面上最深的重定位地震深度約為540km。在27°N左右(圖2d),剖面西側(cè)平直的高速異常帶變得不太明顯,在彎曲和達—貝尼奧夫帶的下方出現(xiàn)粗短的高速異常帶。在圖2e中,向西的水平高速異常帶縮短,向東的高速異常帶增加,并與淺部異常帶相連。圖2f中,高速異常在200～500km范圍里幾乎垂直向下并在底部向東翻轉(zhuǎn),水平附著在MTZ的底部。

板片撕裂以北的高速異常速度大小比板片翻轉(zhuǎn)的急彎處減小了約1%(剖面BB′,CC′,DD′),但在更北的區(qū)域沒有減小(剖面AA′)。在前人的層析成像研究中也有類似的發(fā)現(xiàn)23,40,并解釋為板片中約300km寬的拉伸撕裂,但這種解釋是矛盾的,因為這部分板片目前正處于壓縮狀態(tài)18,41,42。本文的高分辨率結(jié)果表明,低速異常帶是近似水平的,尺度寬度不超過50km。通過對異常區(qū)若干地震43的指向性分析,發(fā)現(xiàn)同震破裂優(yōu)先發(fā)生在與該區(qū)域一致的平面上(圖2)。這種相對低速與簡單剪切的證據(jù)都表明,低速異常帶可以劃分出一個早期剪切帶。我們認為地震序列導(dǎo)致剪切帶形成過程的步驟如下:(1)在約400km深度的板片內(nèi)形成褶皺18;(2)深部板塊底部在MTZ的運動阻力增大;(3)海溝持續(xù)推進,導(dǎo)致板片較淺的部分俯沖到更深的位置19,21;(4)局部變形形成剪切帶。剪切帶中P波速度的衰減可能是剪切加熱(溫度升高降低了彈性波波速)或晶粒尺寸減小(通過增加晶粒邊界衰減降低波速44,45)造成的。加熱作用會脫去含水礦物中的水,產(chǎn)生含水液體后進一步降低波速,而含水礦物可能存在于板片的冷核中36。其他關(guān)于低速異常的假設(shè)46,例如局部存在亞穩(wěn)橄欖石,板塊重建過程中隨著巖石層年齡的增加或俯沖速度的增加,會增強橄欖石的存在潛力(見“補充材料”),但并沒有證據(jù)可以證明該地區(qū)存在這樣的現(xiàn)象,似乎這種情況不太可能。


本文編號：3237249