伊豆—小笠原俯冲带板片的形态与形变研究
发布时间：2021-06-18 19:28
地震层析成像方法为俯冲板片的形态、形变与流变（间接）提供了独特的约束条件。本文利用远震双差P波成像技术对伊豆—小笠原板片的复杂结构进行了非常清晰的成像,结果显示位于26.5°N～28°N之间的地幔过渡带（MTZ）中存在一个板片撕裂。撕裂以北,板片在MTZ发生折叠,在褶皱枢纽的正上方,剪切带内初期的黏性耗散形成了P波衰减区。撕裂以南,在MTZ底部板片发生翻转且平铺于MTZ的底部。2015年小笠原地震（MW约为7.9）的震源深度约为680km,该地震发生在翻转板片的最北端。伊豆—小笠原板片的局部撕裂、剪切和屈曲表明,其经过上地幔和地幔过渡带后仍然保持了较高的黏滞性。
【文章来源】：世界地震译丛. 2020,51(05)
【文章页数】：12 页
【部分图文】：
伊豆—小笠原研究区概况图(原图为彩色图——译注)。上图显示了位于海沟以东太平洋板块(数据来源于全球数字高程模型ETOPO2)的地形起伏状态59。在无净旋参考系下60,太平洋板块和菲律宾海板块之间的会聚速度和海沟的推进速度用白色箭头表示。图中地震数据来自EHB目录(1960～2008年)中的重定位地震,不同颜色代表不同的震源深度,图中由层析反演估算的板片速度最大部分边缘的深度也采用了同样的配色方案。在140.5°E,26.5°N的三岔口标志着板片撕裂的最浅界限。线A—A′至F—F′分别对应于图2中各层析成像剖面图(a～f)。沿着D—D′和E—E′两段,板块最深处均有向西和向东延伸的趋势,这是由于板片撕裂的方向与海沟不垂直造成的。2015年小笠原群岛深源地震的位置用五角星表示
我们使用Engdahl等39的单事件方法从Engdahl-van der Hilst-Buland(EHB)目录中收集了1960～2008年期间发生在伊豆—小笠原地区地震的到时数据,利用该数据构建了伊豆—小笠原区域下P波波速的DD层析模型,剖面图见图2。空间分辨率在经度和深度上为30～40km,在纬度上为100～200km。分辨率测试结果表明,该数据可以很好地展示板片的形态,但由于DD层析成像系统进行了平滑和阻尼调节,可能会在一定程度上低估了波形振幅(见“补充材料”)。采用DD层析反演技术同时也对2015年在小笠原MW7.9地震进行了重定位,定位结果为27.741°N,140.572°E,震源深度为679.9km,比Zhao等25获得的位置(27.740°N,140.590°E,深度667.2km)更深,但震中位置近似。复原测试表明,深度不确定度约为1.4km(见“补充材料”)。俯冲带北部(约31.5°N,图2a),深度100～400km范围内存在一个连续的高速异常体以约50°的倾角向西倾斜。该区域的和达—贝尼奥夫带厚度约为20km,与高速异常带比较吻合。在深度约400km处,高速异常带的倾角减小到20°～30°。向南(图2b,2c)高速异常的倾角在中浅层增大,在MTZ减小,这与前人的研究吻合13。在28°N左右,高速异常突然弯曲到了80°,在MTZ中近乎水平。此剖面上最深的重定位地震深度约为540km。在27°N左右(图2d),剖面西侧平直的高速异常带变得不太明显,在弯曲和达—贝尼奥夫带的下方出现粗短的高速异常带。在图2e中,向西的水平高速异常带缩短,向东的高速异常带增加,并与浅部异常带相连。图2f中,高速异常在200～500km范围里几乎垂直向下并在底部向东翻转,水平附着在MTZ的底部。
板片撕裂以北的高速异常速度大小比板片翻转的急弯处减小了约1%(剖面BB′,CC′,DD′),但在更北的区域没有减小(剖面AA′)。在前人的层析成像研究中也有类似的发现23,40,并解释为板片中约300km宽的拉伸撕裂,但这种解释是矛盾的,因为这部分板片目前正处于压缩状态18,41,42。本文的高分辨率结果表明,低速异常带是近似水平的,尺度宽度不超过50km。通过对异常区若干地震43的指向性分析,发现同震破裂优先发生在与该区域一致的平面上(图2)。这种相对低速与简单剪切的证据都表明,低速异常带可以划分出一个早期剪切带。我们认为地震序列导致剪切带形成过程的步骤如下:(1)在约400km深度的板片内形成褶皱18;(2)深部板块底部在MTZ的运动阻力增大;(3)海沟持续推进,导致板片较浅的部分俯冲到更深的位置19,21;(4)局部变形形成剪切带。剪切带中P波速度的衰减可能是剪切加热(温度升高降低了弹性波波速)或晶粒尺寸减小(通过增加晶粒边界衰减降低波速44,45)造成的。加热作用会脱去含水矿物中的水,产生含水液体后进一步降低波速,而含水矿物可能存在于板片的冷核中36。其他关于低速异常的假设46,例如局部存在亚稳橄榄石,板块重建过程中随着岩石层年龄的增加或俯冲速度的增加,会增强橄榄石的存在潜力(见“补充材料”),但并没有证据可以证明该地区存在这样的现象,似乎这种情况不太可能。
本文编号：3237249
【文章来源】：世界地震译丛. 2020,51(05)
【文章页数】：12 页
【部分图文】：
伊豆—小笠原研究区概况图(原图为彩色图——译注)。上图显示了位于海沟以东太平洋板块(数据来源于全球数字高程模型ETOPO2)的地形起伏状态59。在无净旋参考系下60,太平洋板块和菲律宾海板块之间的会聚速度和海沟的推进速度用白色箭头表示。图中地震数据来自EHB目录(1960～2008年)中的重定位地震,不同颜色代表不同的震源深度,图中由层析反演估算的板片速度最大部分边缘的深度也采用了同样的配色方案。在140.5°E,26.5°N的三岔口标志着板片撕裂的最浅界限。线A—A′至F—F′分别对应于图2中各层析成像剖面图(a～f)。沿着D—D′和E—E′两段,板块最深处均有向西和向东延伸的趋势,这是由于板片撕裂的方向与海沟不垂直造成的。2015年小笠原群岛深源地震的位置用五角星表示
我们使用Engdahl等39的单事件方法从Engdahl-van der Hilst-Buland(EHB)目录中收集了1960～2008年期间发生在伊豆—小笠原地区地震的到时数据,利用该数据构建了伊豆—小笠原区域下P波波速的DD层析模型,剖面图见图2。空间分辨率在经度和深度上为30～40km,在纬度上为100～200km。分辨率测试结果表明,该数据可以很好地展示板片的形态,但由于DD层析成像系统进行了平滑和阻尼调节,可能会在一定程度上低估了波形振幅(见“补充材料”)。采用DD层析反演技术同时也对2015年在小笠原MW7.9地震进行了重定位,定位结果为27.741°N,140.572°E,震源深度为679.9km,比Zhao等25获得的位置(27.740°N,140.590°E,深度667.2km)更深,但震中位置近似。复原测试表明,深度不确定度约为1.4km(见“补充材料”)。俯冲带北部(约31.5°N,图2a),深度100～400km范围内存在一个连续的高速异常体以约50°的倾角向西倾斜。该区域的和达—贝尼奥夫带厚度约为20km,与高速异常带比较吻合。在深度约400km处,高速异常带的倾角减小到20°～30°。向南(图2b,2c)高速异常的倾角在中浅层增大,在MTZ减小,这与前人的研究吻合13。在28°N左右,高速异常突然弯曲到了80°,在MTZ中近乎水平。此剖面上最深的重定位地震深度约为540km。在27°N左右(图2d),剖面西侧平直的高速异常带变得不太明显,在弯曲和达—贝尼奥夫带的下方出现粗短的高速异常带。在图2e中,向西的水平高速异常带缩短,向东的高速异常带增加,并与浅部异常带相连。图2f中,高速异常在200～500km范围里几乎垂直向下并在底部向东翻转,水平附着在MTZ的底部。
板片撕裂以北的高速异常速度大小比板片翻转的急弯处减小了约1%(剖面BB′,CC′,DD′),但在更北的区域没有减小(剖面AA′)。在前人的层析成像研究中也有类似的发现23,40,并解释为板片中约300km宽的拉伸撕裂,但这种解释是矛盾的,因为这部分板片目前正处于压缩状态18,41,42。本文的高分辨率结果表明,低速异常带是近似水平的,尺度宽度不超过50km。通过对异常区若干地震43的指向性分析,发现同震破裂优先发生在与该区域一致的平面上(图2)。这种相对低速与简单剪切的证据都表明,低速异常带可以划分出一个早期剪切带。我们认为地震序列导致剪切带形成过程的步骤如下:(1)在约400km深度的板片内形成褶皱18;(2)深部板块底部在MTZ的运动阻力增大;(3)海沟持续推进,导致板片较浅的部分俯冲到更深的位置19,21;(4)局部变形形成剪切带。剪切带中P波速度的衰减可能是剪切加热(温度升高降低了弹性波波速)或晶粒尺寸减小(通过增加晶粒边界衰减降低波速44,45)造成的。加热作用会脱去含水矿物中的水,产生含水液体后进一步降低波速,而含水矿物可能存在于板片的冷核中36。其他关于低速异常的假设46,例如局部存在亚稳橄榄石,板块重建过程中随着岩石层年龄的增加或俯冲速度的增加,会增强橄榄石的存在潜力(见“补充材料”),但并没有证据可以证明该地区存在这样的现象,似乎这种情况不太可能。
本文编号：3237249
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