近日，中國科學(xué)院南海海洋研究所林間院士團(tuán)隊聯(lián)合英國帝國理工學(xué)院、西班牙海洋研究所和廣州海洋地質(zhì)調(diào)查局等單位，在北印度洋莫克蘭俯沖斷裂三維結(jié)構(gòu)物性對地震控制機(jī)理的研究中取得重要進(jìn)展，揭示了俯沖地形對地震觸發(fā)和破裂傳播終止的雙重作用。研究成果發(fā)表于國際權(quán)威學(xué)術(shù)期刊Journal of Geophysical Research: Solid Earth，博士生徐浩波為論文第一作者，導(dǎo)師楊曉東為通訊作者。
俯沖帶是全球地震和海嘯最活躍的區(qū)域之一。海底地形如海山、洋底高原、海嶺等在俯沖過程中如何影響地震的觸發(fā)與破裂傳播，長期以來是國際地球科學(xué)界的研究熱點(diǎn)和爭議焦點(diǎn)。一種觀點(diǎn)認(rèn)為，這些地形可作為“地震凹凸體”（asperity），增強(qiáng)斷層局部強(qiáng)度，促進(jìn)地震成核；另一種觀點(diǎn)則認(rèn)為其充當(dāng)“地震障礙體”，弱化斷層、阻礙應(yīng)變積累與破裂擴(kuò)展。厘清這一問題對于準(zhǔn)確評估俯沖帶地震和海嘯風(fēng)險至關(guān)重要。
研究團(tuán)隊以位于北印度洋莫克蘭俯沖帶的小穆里海嶺為研究對象，該區(qū)域因其地形與板塊邊界斷裂、地震活動高度耦合，成為研究俯沖地形與大地震關(guān)系的天然實(shí)驗(yàn)室。通過對約6000多公里多道反射地震數(shù)據(jù)的系統(tǒng)解析，團(tuán)隊精細(xì)刻畫了該區(qū)域逆沖大斷裂的三維幾何結(jié)構(gòu)，并結(jié)合臨界庫倫楔理論，定量估算了斷層面的視摩擦系數(shù)與剪切應(yīng)力。研究發(fā)現(xiàn)，小穆里海嶺俯沖區(qū)域的斷層面結(jié)構(gòu)粗糙，視摩擦系數(shù)和剪切應(yīng)力顯著高于周圍區(qū)域；而鄰近海山俯沖區(qū)則斷層面較為平滑，力學(xué)強(qiáng)度較低。這種結(jié)構(gòu)差異直接決定了地震破裂行為：破裂更易沿平滑、低強(qiáng)度斷層面遠(yuǎn)距離傳播，而在粗糙、高強(qiáng)度區(qū)域受到顯著阻礙。研究進(jìn)一步指出，1945年發(fā)生在該區(qū)域的Mw 8.1級大地震很可能起源于一個粗糙且高強(qiáng)度的板塊界面區(qū)域。
基于上述發(fā)現(xiàn)，研究團(tuán)隊提出俯沖地形在地震過程中具有“雙重角色”：在地震成核階段，粗糙地形區(qū)域因高強(qiáng)度耦合成為潛在震源區(qū)；而在破裂傳播階段，這些區(qū)域又可作為天然屏障，有效阻止破裂進(jìn)一步擴(kuò)展。這一發(fā)現(xiàn)挑戰(zhàn)了傳統(tǒng)單一視角的認(rèn)識，為理解俯沖帶地震機(jī)制提供了新的理論框架。
此外，研究還指出，全球范圍內(nèi)類似的海山俯沖區(qū)域可能普遍存在地震風(fēng)險被低估的問題。團(tuán)隊發(fā)展的“斷層分段與地震風(fēng)險評估”新方法，有望為全球俯沖帶地震與海嘯災(zāi)害的精準(zhǔn)預(yù)測提供關(guān)鍵技術(shù)支撐。該研究不僅深化了對逆沖斷裂結(jié)構(gòu)與地震活動關(guān)系的科學(xué)認(rèn)知，也為全球地震災(zāi)害風(fēng)險評估提供了新的觀測依據(jù)和方法路徑，具有重要的科學(xué)價值與社會意義。
圖1?莫克蘭俯沖帶東段構(gòu)造與地震分布
圖2?莫克蘭板塊邊界斷層的結(jié)構(gòu)特征。a.位于海嶺俯沖鄰區(qū)的平滑斷層面;b. 位于海山俯沖區(qū)域的粗糙斷層面。
圖3?莫克蘭逆沖大斷裂的三維結(jié)構(gòu)與力學(xué)性質(zhì)對大地震的控制機(jī)理示意
本研究得到國家自然科學(xué)基金項目、廣東省重大人才工程項目、中國科學(xué)院國際伙伴計劃項目和中國科學(xué)院南海海洋研究所自主部署項目等聯(lián)合資助。
論文信息：Xu,H.,Yang,X.*,Ruh,J. B.,Lin,J.,Wang,L.,Bell,R. E.,et al.,2025. Little Murray Ridge subduction controls the segmentation of megathrust and co‐seismic rupture along the eastern Makran margin. Journal of Geophysical Research: Solid Earth,130,e2025JB031876.?
論文鏈接：https://doi.org/10.1029/2025JB031876
附件下載：