孤立型深源地震的特征研究及其对震源机理的启示

Deep earthquakes (focal depth greater than 70 km) mostly occurred in the main clusters, known as Wadati-Benioff zones in subduction area, and play an important role in the study of structure of earth deep interior, plates motion and dynamical mechanisms. In the past ninety years, it have attracted extensive attention worldwide and had many high quality papers. However，the formation and mechanism of deep earthquakes is still a unsolved problem and gradually entered a stagnating period. Base on the preliminary study of deep earthquakes in the northeast China, here we present this project to focus on isolated deep earthquakes, a special kind of deep earthquakes. We quantify their spatial relationship to identify isolated deep earthquakes and then evaluate seismological characteristics of isolated deep earthquakes, such as numbers, magnitudes, b-values, focal mechanisms etc. and also their relationships with its tectonic parameters (slab type, thermal parameters of Subduction and so on). To discuss the problem of deep earthquake mechanism and in preparation for the future research, a small amount of high temperature and high pressure experiments will be set. Isolated deep earthquakes, represents an abnormal condition, separated from the Wadati-Benioff zones or in collision area and even in the continental mantle where no quake is expected. And thus, it can helpful for study occurrence regularity and mechanisms of deep earthquakes and so the regional tectonic evolution.

深源地震（震源深度大于70 km）主要聚集在俯冲区域中"和达清夫-贝尼奥夫"地震带上，它对于研究地球内部结构及板块的运动、动力学机制等起到重要作用。在过去90多年里，深源地震得到了广泛的关注并取得了大批高质量成果。但是，在深源地震成因和形成等基础问题上，依然存在较大的争议，其研究也逐渐进入瓶颈期。本项目以前期东北地区深震研究为基础，聚焦一种特殊类型的深震——“孤立型”深源地震，拟通过定量化深震空间位置来区分孤立型深震，系统性地研究孤立型深震的震级大小、震源深度、数量及震源机制解等特征，探索其与形成的构造环境（板块类型，俯冲带热参数等）关系，并对少数典型孤立型深震辅以高温高压实验模拟。“孤立型”深源地震远离主地震带，代表了构造环境中一个可能的异常，并且能够发生在流变强度和温度都不利于深震发生的大陆地幔中。孤立型深震的研究能为深震的发生规律、机理和区域构造演化的研究提供一个新的窗口。

“孤立型”深源地震远离主地震带，代表了构造环境中一个可能的异常，并且能够发生在流变强度和温度都不利于深震发生的大陆地幔中。此外，其发生大震的几率也远大于典型深源地震。它的特殊性挑战着现有的深震理论，得到广泛关注，但是缺少系统的研究。本项目通过逐区域分析，定量化深震空间位置来区分孤立型深震。通过系统性地研究孤立型深震的震级大小、震源深度、数量及震源机制解等特征，探索其与形成的构造环境（板块类型，俯冲带热参数等）关系。项目研究中共发现40个孤立型深源地震聚簇，并结合地震学特征将他们分成五种类型，分别对应不同的构造背景。项目研究也表明孤立型深源地震是以低b值（0.61），高比例的大震（特别是在~570 km深度）为特征；发现全球范围内在~300-500 km深度很多板块存在弯曲或者弱化现象能够用于解释深源地震在这个深度上分布数量较少的现象；揭示了俯冲带中孤立地震最大震级与深度呈现一定的线性关系。此外，项目以深震发震物质——地幔橄榄岩（包体）为研究对象，探索了深源地震形成的流变学环境，定量化表明东北深震区岩石圈地幔主要变形发生在低应力（~2.7-8.5 MPa），中等温度（829-935 ℃）和干燥的条件下。后期通过相变高温高压实验模拟类似于怀俄明地区，西藏地区的孤立型地震发震过程，与浅部地下断裂的几何学特征进行对比，认为大家广泛接受的中等深度深源地震（60 -300 km）机制——脱水脆裂作用，并不能用于解释正常地幔中产生的孤立型深源地震。深源地震的成因机制或许需要多种机制联合作用，而不是单一的机制。孤立型深震的研究为深震的发生规律、机理和区域构造演化的研究提供一个新的窗口。基于本项目的研究工作，现已发表2篇第一标注SCI期刊论文。