研究揭示阿留申-阿拉斯加俯冲带地震活动的控制机理

　　

近日，中国科学院南海海洋研究所边缘海与大洋地质重点实验室邱强研究员，联合中山大学地球科学与工程学院李琳琳教授、中国科学院南海海洋研究所边缘海与大洋地质重点实验室林间院士和杨晓东副研究员，以及日本东北大学灾害科学国际研究所的蔡婷博士后，开展了关于阿留申-阿拉斯加俯冲带地震活动规律及其破裂特征的重要研究工作，并在地震破裂类型与特征的控制机理方面取得了新认识。相关成果发表在《Quaternary Science Advances》期刊上。

大洋俯冲带逆冲大断裂可产生不同破裂类型的地震，例如浅部破裂型海啸地震、贯穿型海沟破裂地震，理解特定断层区域的发震规律和地震破裂类型是定量评估地震和海啸灾害的前提。然而，俯冲带逆冲大断裂往往位于距陆地几百公里远、上千米水深的海沟处，开展近断层观测十分困难。因此，量化其活动规律与滑移特征存在较大挑战。

研究人员对1750年以来的历史地震数据进行分析，特别聚焦于2020年Mw 7.8 Simeonof 地震和2021年Mw 8.2 Chignik 地震，发现Shumagin岛屿东部Semidi段与西部Shumagin段的地震活动存在显著差异（图1）。

图1 阿留申-阿拉斯加俯冲带区域构造和历史大地震分布（上图）；自1750年以来该区域时空地震破裂分布特征（下图）

研究团队通过融合海啸观测数据（DART）和陆地GNSS数据，采用了联合反演技术，揭示了这两次大地震的滑移模式（图2）。这些地震并未引发大规模海啸，原因可能在于它们在浅部的断裂过程中受到了结构限制，未能深入海沟。高分辨率地震反射剖面进一步证实了两地的地质构造差异显著（图3）。研究团队进行的二维全周期地震模拟显示，复杂断层结构下的地震破裂模式更不稳定且多样，东段（Semidi）的地震活动更倾向于产生不规则和多样的大地震，如2020-2021年的地震序列和1938年的地震，而西段（Shumagin）则倾向于较小规模的地震或缓慢滑移（图4）。当地震能量传播到浅部并触发增生楔中的高角度逆冲断层系统时，可能导致海啸风险的显著增加（图5）。

图2 本研究揭示的2020年Mw 7.8 Simeonof（左图）和2021年Mw 8.2 Chignik地震（右图）滑移分布特征

图3 俯冲带断层结构（下图）控制下的地震破裂特征（上图）

图4 阿留申-阿拉斯加俯冲带区域，断层结构控制作用下的地震破裂特征

图 5 大洋俯冲带外增生楔内部结构和宽度控制浅部放大效应的海啸灾害

研究结论指出，Shumagin段的地震海啸灾害威胁相对较低，而Semidi段由于其特殊的断层结构和活跃的地震活动，具有较高的海啸灾害潜在风险。这一发现强调了断层结构对地震发生、破裂类型以及海啸影响的关键作用，为阿留申-阿拉斯加俯冲带的地震海啸灾害评估提供了科学依据，对全球地震海啸灾害研究具有重要的实践意义。

这项研究不仅深化了我们对俯冲带地震活动的理解，也为未来地震预警和灾害管理提供了重要的科学指导。

本研究受国家自然科学基金项目(Nos. 42076059),中国科学院项目(Y4SL021,131551KYSB20200021),广东省重点领域研发计划项目(2020B1111520001)的资助。

文章链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2666033424000534?via%3Dihub