先進地震成像方法獲得大洋俯沖板片的高分辨形態

　　3月21日，國際期刊《自然-通訊》在線發表了中國科學技術大學地球和空間科學學院和中國科大地震與地球內部物理實驗室教授張海江研究組以及英國布里斯托大學博士Robert Myhill的合作研究成果，文章標題為Slab morphology and deformation beneath Izu-Bonin。該研究利用先進的地震成像算法，即遠震雙差地震成像，確定了伊豆-小笠原俯沖帶俯沖板片的高分辨結構，進而約束了俯沖板片在上地幔深部和地幔過渡帶的變形和流變學性質。

　　板塊俯沖是全球板塊構造學說的一個重要組成部分，板片在俯沖過程中，會攜帶不同的物質組分到地球內部，包括導致火山噴發的流體，因此俯沖過程是地球內部物質循環的一個重要途徑。板片在地幔中的運動軌跡受很多因素控制，包括板片本身的密度和流變學性質以及周圍地幔的運動狀態。通常俯沖板片的形態是以板片內發生的地震分布來確定，但是在板片內部地震不是均勻分布，所以這種方法只能給出板片不完整的形態信息。另外一種確定俯沖板片形態的方法是地震成像，因為相對較冷的板片會呈現地震波高速異常。但是在大洋俯沖帶，因為上方的地震臺站分布稀疏，所以傳統的地震成像方法只能給出分辨率較低的俯沖板片結構。

　　張海江研究組長期致力于不同尺度地下結構先進地震成像算法的研發。基于張海江及其合作者發展的雙差地震成像算法，該研究利用全球地震臺站記錄的伊豆-小笠原俯沖帶地震到時數據，獲得了該區域俯沖板片的高分辨形態分布。發現板片在上地幔深部和地幔過渡帶（深度300-650 km）存在撕裂，而且撕裂兩側存在明顯區別。在北側，板片停滯并幾乎平躺在地幔過渡帶底部；而在南側，俯沖板片發生了反轉，上下顛倒地平躺在地幔過渡帶底部，這是首次在全球俯沖帶發現這種現象。俯沖板片所呈現的這些特征，是由于海溝從北向南前進的速率在加快所導致的，這與地球動力學數值模擬的結果一致。板片的彎曲、撕裂以及彎曲上方板片存在的因為剪切生熱導致的低速異常條帶表明板片的變形以局部剪切為主要機制，并且俯沖板片在上地幔深部和過渡帶具有高粘滯性。2015年在伊豆-小笠原俯沖帶發生了深度達680公里、震級為7.9的深源地震，而該地震發生在俯沖帶無震區域，距離板片內地震帶大約100公里之外的區域。該研究發現該地震發生在板片撕裂附近，并且位于反轉板片內部較冷的部分，而不是前人研究所認為的位于板片內部較熱的區域，符合目前深源地震產生的機制，幫助解決了這個深源地震的部分謎團。

　　論文作者包括地空學院碩士研究生王帆和博士研究生郭浩，張海江和Robert Myhill為共同通訊作者。該工作得到中科院比較行星學卓越創新中心和國家自然科學基金委的支持。

垂直于俯沖海溝穿過2015年小笠原7.9級地震的地震縱波速度異常剖面，其中向左傾的藍色高速異常代表俯沖板片。

利用三維地震速度成像結果確定的俯沖板片的高分辨形態分布，可以很清楚地看到板片的撕裂和反轉