人们对发生在地下300多公里的地震知之甚少。加州大学戴维斯分校的地球物理学家Magali Billen模拟了俯冲带下沉构造板块的应力。在这段视频中，下沉板块上的黄色区域显示了深度地震最可能发生的地方，因为板块既强大又快速变形。这项工作可以解释为什么地震在一定深度聚集，并导致更好地理解深地震的原因。图片来源:加州大学戴维斯分校的Magali Billen
对地球上最深的地震的新认识可能有助于解开地球上最神秘的地球物理过程之一。
深度地震，即地表以下至少300公里的地震，通常不会造成破坏，但通常会有广泛的震感。这些地震可以为了解板块构造和地球内部结构提供重要的线索。由于深部地震发生时的温度和压力都极高，它们可能是由不同于近地表地震的物理和化学过程引起的。但是很难收集关于深地震的信息，所以科学家们对它们的成因没有一个可靠的解释。
加州大学戴维斯分校地球与行星科学系地球物理学教授Magali Billen说:“我们无法直接看到深地震发生的地方发生了什么。”
是什么导致了深度地震?
Billen建立了俯冲带的数值模拟，一个板块下沉到另一个板块下面，以更好地理解控制板块构造的力量。她最近的工作有助于解释深层地震的分布，表明它们最常发生在下沉的构造板块弯曲和褶皱的“高应变”区域。
她说:“这些模型提供了令人信服的证据，表明应变率是控制深度地震发生的一个重要因素。”
比伦说，形变是深震的一个主要因素的新认识应该有助于科学家解决触发深震的机制，并可以为俯冲带结构和动力学提供新的约束。
她说:“一旦我们更好地理解深地震物理，我们将能够提取更多关于俯冲动力学的信息，这是板块构造的关键驱动因素。”
她的发现于今天(2020年5月27日)发表在《科学进展》杂志上。
研究深震的新方法
深层地震发生在俯冲带——在那里，漂浮在地球表面的一个构造板块俯冲到另一个板块之下，并“俯冲”到地幔中。在下沉的地壳板块中，地震在某些深度聚集，而在其他深度稀疏。例如，许多板块在410公里以下的深度的地震活动中显示出很大的空白。
Billen说，地震活动的间隙与数值模型中变形较慢的板块区域相一致。
“板块中每个地方的变形都不一样，”比伦说。“这才是真正的新东西。”
比伦的研究最初并不是为了调查深地震。相反，她试图了解深海海沟的缓慢来回运动，那里的板块在俯冲带向下弯曲。
她说:“出于好奇，我决定绘制板块的变形图，当我看到这张图时，我脑海中浮现的第一件事是‘哇，这看起来像是深度地震的分布。’”“这完全是一个惊喜。”
模仿地球深处
比伦的模型结合了有关各种现象的最新数据，如矿物质密度、下沉板块的不同层数，以及岩石在高温高压下的行为的实验观察。
比伦说:“这是第一个真正将描述板块下沉和岩石关键物理性质的物理方程结合在一起的模型。”
结果不能区分深地震的可能原因。然而，它们确实提供了探索它们成因的新方法，比伦说。
她说:“考虑应变率的附加约束应该有助于确定哪些机制在俯冲岩石圈中是活跃的，可能需要多种机制。”
该项目得到了亚历山大·冯·洪堡基金会和美国国家科学基金会的资助。地球动力学计算基础设施支持用于数值模拟的CitcomS软件。
参考文献:Magali I. Billen于2020年5月27日发表的《由过渡带变形速率限制的深板层地震活动》，Science Advances。DOI: 10.1126 / sciadv.aaz7692
