流體侵入在地震孕育機(jī)制中的重要作用獲揭示
中國科學(xué)院南海海洋研究所邊緣海與大洋地質(zhì)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室研究員王志等，在地震孕育機(jī)制相關(guān)研究上取得新進(jìn)展，研究揭示流體侵入在地震孕育機(jī)制中起到重要作用。相關(guān)研究近日發(fā)表于《地球物理研究雜志——固體地球》上。
地震是地殼快速釋放能量過程中造成的振動(dòng)。誘發(fā)地震的因素眾多，目前研究普遍認(rèn)為，影響地震產(chǎn)生的主要因素包括地殼應(yīng)力強(qiáng)度、斷層構(gòu)造形態(tài)、流體應(yīng)力積累和溫壓條件等。流體侵入地震構(gòu)造帶的過程在地震觸發(fā)及其破裂過程中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，但相關(guān)的機(jī)制非常復(fù)雜，目前仍然是未知的和充滿爭議的。為了更好地詮釋流體對(duì)地震的控制作用，本文以2008年汶川地震為例，通過研究震源區(qū)及地震破裂帶的深部多參數(shù)結(jié)構(gòu)屬性（縱、橫波速度和泊松比）變化、流體相識(shí)別和應(yīng)力場模擬分析，揭示了侵入震源區(qū)的流體（包括部分熔融）對(duì)該地震的孕育及其破裂過程的控制作用。
研究結(jié)果表明，2008年汶川地震發(fā)生在高地震波速度和低泊松比區(qū)域，在其震源及破裂帶的西側(cè)中下地殼中存在一個(gè)明顯的低速和高泊松比異常帶，該異常帶主要是由于來自于青藏高原深部流體（包括部分熔融）的侵入造成的。松潘甘孜板塊與揚(yáng)子克拉通的持續(xù)劇烈的碰撞作用，導(dǎo)致這些流變物質(zhì)（例如部分熔融）被持續(xù)的擠入到孕震斷層中的脆弱區(qū)域，降低了地震波速度的同時(shí)提高了巖石的泊松比。一旦流體沿著板塊碰撞帶不斷聚集，勢必會(huì)增加震源區(qū)的流體孔隙壓力，從而促進(jìn)斷層摩擦行為和降低巖石的機(jī)械強(qiáng)度。這樣一來，巖石破裂發(fā)生的臨界條件可能被大幅度地降低，最終在地震構(gòu)造帶誘發(fā)脆性形變（地震）。此外，研究結(jié)果還表明，龍門山斷裂帶沿著汶川地震破裂的方向上，在中上地殼存在兩個(gè)低速度和高泊松比異常體，分別位于汶川地震向北東破裂過程的中部和震源區(qū)的西南側(cè)。這兩個(gè)低速和高泊松比的塑性體被認(rèn)為是由于青藏高原下地殼塑性形變中部分熔融巖石上涌侵入了汶川地震的破裂區(qū)而引起的。其中一個(gè)低速、高泊松比異常體阻止了汶川地震同震滑移向西南方向發(fā)展，而另一個(gè)則削弱了該破裂過程向東北傳播。可以假設(shè)，如果沒有這兩個(gè)流體侵入體的存在，汶川地震極有可能將破裂整個(gè)龍門山斷裂帶而造成更大的破壞。
深部巖石在高溫、高壓環(huán)境下發(fā)生的部分熔融，形成了具有塑性形變特征的物質(zhì)，侵入或底侵到地殼的脆弱區(qū)或斷層中，是一種常見現(xiàn)象。它不但常常發(fā)生在大陸區(qū)域，在海洋中也極其常見。因此，該研究為深入認(rèn)識(shí)流體侵入在地震孕育機(jī)制、地殼減薄和巖漿活動(dòng)等科學(xué)問題提供了參考信息。
本項(xiàng)研究成果得到國家自然科學(xué)基金重點(diǎn)和面上項(xiàng)目和第二次青藏科學(xué)考察的資助。
相關(guān)論文信息：Zhi Wang, Jian Wang, Xiaoqiu Yang, The role of fluids in the 2008 Ms8.0 Wenchuan earthquake, China, Journal of Geophysical Research-Solid Earth, 126, e2020JB019959, doi: 10.1029/2020JB019959, 2020.
