2015年 的地质证据支持塑性剪切失稳是诱发中源地震的主 地震类型 r中源地閥 因(如 Desta et al.,2014)。 Campione and Capitani (2013)等对俯冲带地震复杂性的研究表明,中源地 分类依板内速题十深源地题 震亦有可能由粘滑机制形成。此外,在20世纪90 年代发生的深源地震对相变致裂成因提出了质疑 源位置 内地震 (如 Tibi et al.,1999; Wiens et al.,1994)。如此看 板间地震 源地来,中源与深源地震的成因非常复杂任何单一的机 制无法解释全部的地震,这些地震因而势必具有多 浅源地震 成因的特点,并且因地而异、因时而异,每种机制仅 D<60 km) 在局部区域占据主导地位,或多种机制在不同区域 同时作用或在相同区域先后发生(如 Zhan zhongwei 源深度十16030km tal.,2014) 板内地震 本文首先对1973~2012年期间全球4级及其 以上地震进行了统计和分析,厘清地震频数随震源 (D≥300km) 深度的分布特征,然后具体分析与评述浅源、中源与 深源地震的形成机制,并对中一深源地震的成因提 图1俯冲带地震的分类 出自己的认识 1俯冲带内的地震分布 反,在深度≥60km的温度与压力条件下,无自由流 体时岩石主要发生韧性变形(如 Hilaire et al 对美国地质调查局(USGS: United States 2007),这个深度之下理应不会出现地震。然而,地 Geological Survey)国家地震减灾计划记录的1973 球物理观察表明,在≥60km的深度范围依然存在2012年期间40年里≥4级地震的统计分析表明,≥ 地震。人们不禁要问,这些地震究竟是如何形成的? 4、≥5和≥6级的地震分别为31442964719和5550 基于近半个世纪的研究,人们终于认识到深部地震次,相应的比例分别为765%、20.58%和1.77% 的形成机理有别于形成浅源地震的常规的脆性破裂且震级越大,随着深度的过渡性双峰分布越明显 与摩擦滑移,因为常规的脆性变形必然造成扩容,在(图2)。此外,根据震源深度的统计分析得出,浅源 俯冲带高温高压条件下必遭强烈抑制而不能发生地震为225663次,占比71.77%;中源地震70337 ( Frohlich,00; Griggs and Handin,1960)。此外,中次,古比237%;深源地震18429次占比5.86%, 源地震与深源地震的成因也可能存在差异。对于中震源深度最大可达736km;中一深源地震所占比例 源地震的成因,现有的主流观点是脱水致脆为28.23%。由于中一深源地震仅仅出现在俯冲 ( Dehydration embrittlement)(如 Jung et al.,2004;带,而浅源地震不仅发生于板间俯冲带,而且还出现 Raleigh and paterson,1965; Xia gang,2013)和塑性在板块边界和大陆板块内部(邓起东等,2014;嵇少 剪切失稳( Plastic shear instability)( Desta et al.,丞,200),因此中一深源地震在俯冲带地震中所占 2014 Homburg,2013; John et al.200; Kelemen and比例实际上要大于28.23%。 Hirth,2007)。而对于深源地震的成因,目前盛行的 如图3所示,浅源地震主要集中在两个深度区 解释是相变致裂作用( Transformation- induced间:10-20km和30~40km,相应的占比分别为 faulting)( Green and houston,1995; Ning Jieyuan and30.11%和45.89%。而发生在其他深度区间: Zang Shaoxian,1999; Schubnel et al.,2013;Zhan10km,20-30km,40~50km和50-60km的浅源 Zhongwei et al.,2014),当然也有学者把脱水致脆地震分别占比4.99%,6.86%,6.69%和5.46%。 (如 Omori et al.,2004; Richard et al.,2007)和剪切图4a显示,中源地震频数随震源深度的分布呈指数 加热失稳( Griggs and handin,1960; Hobbs and ord,衰减,拟合度高达0.97。然而,深源地震频数随震 1988:0gawa,1987)作为形成深源地震的原因。最源深度的分布则复杂得多。在300~600km范围 近 Chernak and Hirth(2010,2011)等对脱水致脆诱内,深源地震频数分布峰出现在300~310km,400 发中源地震的经典假设提出了挑战,并且越来越多 410km,500~510km和550~560km深度区间图 １俯冲带地震的分类 Ｆｉｇ．１Ｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎｏｆｓｕｂｄｕｃｔｉｏｎｚｏｎｅｅａｒｔｈｑｕａｋｅｓ 反，在深度≥６０ｋｍ的温度与压力条件下，无自由流 体时岩石主要发生韧性变形 （如 Ｈｉｌａｉｒｅｔｅｔａｌ．， ２００７），这个深度之下理应不会出现地震。然而，地 球物理观察表明，在≥６０ｋｍ的深度范围依然存在 地震。人们不禁要问，这些地震究竟是如何形成的？ 基于近半个世纪的研究，人们终于认识到深部地震 的形成机理有别于形成浅源地震的常规的脆性破裂 与摩擦滑移，因为常规的脆性变形必然造成扩容，在 俯冲带高温高压条件下必遭强烈抑制而不能发生 （Ｆｒｏｈｌｉｃｈ，２００６；ＧｒｉｇｇｓａｎｄＨａｎｄｉｎ，１９６０）。此外，中 源地震与深源地震的成因也可能存在差异。对于中 源地 震 的 成 因，现 有 的 主 流 观 点 是 脱 水 致 脆 （Ｄｅｈｙｄｒａｔｉｏｎｅｍｂｒｉｔｔｌｅｍｅｎｔ）（如 Ｊｕｎｇｅｔａｌ．，２００４； ＲａｌｅｉｇｈａｎｄＰａｔｅｒｓｏｎ，１９６５；ＸｉａＧａｎｇ，２０１３）和塑性 剪切失稳（Ｐｌａｓｔｉｃｓｈｅａｒｉｎｓｔａｂｉｌｉｔｙ）（Ｄｅｓｅｔａｅｔａｌ．， ２０１４；Ｈｏｍｂｕｒｇ，２０１３；Ｊｏｈｎｅｔａｌ．，２００９；Ｋｅｌｅｍｅｎａｎｄ Ｈｉｒｔｈ，２００７）。而对于深源地震的成因，目前盛行的 解 释 是 相 变 致 裂 作 用 （Ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎｉｎｄｕｃｅｄ ｆａｕｌｔｉｎｇ）（ＧｒｅｅｎａｎｄＨｏｕｓｔｏｎ，１９９５；ＮｉｎｇＪｉｅｙｕａｎａｎｄ ＺａｎｇＳｈａｏｘｉａｎ，１９９９；Ｓｃｈｕｂｎｅｌｅｔａｌ．，２０１３；Ｚｈａｎ Ｚｈｏｎｇｗｅｉｅｔａｌ．，２０１４），当然也有学者把脱水致脆 （如 Ｏｍｏｒｉｅｔａｌ．，２００４；Ｒｉｃｈａｒｄｅｔａｌ．，２００７）和剪切 加热失稳（ＧｒｉｇｇｓａｎｄＨａｎｄｉｎ，１９６０；ＨｏｂｂｓａｎｄＯｒｄ， １９８８；Ｏｇａｗａ，１９８７）作为形成深源地震的原因。最 近 ＣｈｅｒｎａｋａｎｄＨｉｒｔｈ（２０１０，２０１１）等对脱水致脆诱 发中源地震的经典假设提出了挑战，并且越来越多 的地质证据支持塑性剪切失稳是诱发中源地震的主 因（如 Ｄｅｓｅｔａｅｔａｌ．，２０１４）。ＣａｍｐｉｏｎｅａｎｄＣａｐｉｔａｎｉ （２０１３）等对俯冲带地震复杂性的研究表明，中源地 震亦有可能由粘滑机制形成。此外，在 ２０世纪 ９０ 年代发生的深源地震对相变致裂成因提出了质疑 （如 Ｔｉｂｉｅｔａｌ．，１９９９；Ｗｉｅｎｓｅｔａｌ．，１９９４）。如此看 来，中源与深源地震的成因非常复杂，任何单一的机 制无法解释全部的地震，这些地震因而势必具有多 成因的特点，并且因地而异、因时而异，每种机制仅 在局部区域占据主导地位，或多种机制在不同区域 同时作用或在相同区域先后发生（如 ＺｈａｎＺｈｏｎｇｗｅｉ ｅｔａｌ．，２０１４）。 本文首先对 １９７３～２０１２年期间全球 ４级及其 以上地震进行了统计和分析，厘清地震频数随震源 深度的分布特征，然后具体分析与评述浅源、中源与 深源地震的形成机制，并对中—深源地震的成因提 出自己的认识。 １ 俯冲带内的地震分布 对 美 国 地 质 调 查 局 （ＵＳＧＳ： Ｕｎｉｔｅｄ Ｓｔａｔｅｓ ＧｅｏｌｏｇｉｃａｌＳｕｒｖｅｙ）国家地震减灾计划记录的 １９７３～ ２０１２年期间 ４０年里≥４级地震的统计分析表明，≥ ４、≥５和≥６级的地震分别为 ３１４４２９、６４７１９和 ５５５０ 次，相应的比例分别为 ７７６５％、２０５８％和 １７７％， 且震级越大，随着深度的过渡性双峰分布越明显 （图 ２）。此外，根据震源深度的统计分析得出，浅源 地震为 ２２５６６３次，占比 ７１７７％；中源地震 ７０３３７ 次，占比 ２２３７％；深源地震 １８４２９次，占比 ５８６％， 震源深度最大可达 ７３６ｋｍ；中—深源地震所占比例 为 ２８２３％。由于中—深源地震仅仅出现在俯冲 带，而浅源地震不仅发生于板间俯冲带，而且还出现 在板块边界和大陆板块内部（邓起东等，２０１４；嵇少 丞，２００９），因此中—深源地震在俯冲带地震中所占 比例实际上要大于 ２８２３％。 如图 ３所示，浅源地震主要集中在两个深度区 间：１０～２０ｋｍ和 ３０～４０ｋｍ，相应的占比分别为 ３０１１％和 ４５８９％。而发生在其他深度区间：０～ １０ｋｍ，２０～３０ｋｍ，４０～５０ｋｍ和 ５０～６０ｋｍ的浅源 地震分别占比 ４９９％，６８６％，６６９％ 和 ５４６％。 图 ４ａ显示，中源地震频数随震源深度的分布呈指数 衰减，拟合度高达 ０９７。然而，深源地震频数随震 源深度的分布则复杂得多。在 ３００～６００ｋｍ范围 内，深源地震频数分布峰出现在 ３００～３１０ｋｍ，４００ ～４１０ｋｍ，５００～５１０ｋｍ和 ５５０～５６０ｋｍ深度区间 ２４６ 地 质 论 评 ２０１５年