深度70-300公里的中深源地震为俯冲板片的应力状态、物质组成及俯冲演化机制提供了重要约束. 该深度下, 高温高压环境使岩石韧性主导变形, 发震机制尚不清晰. 中深源地震多发生在俯冲板块内部, 上方常伴随火山活动, 通常认为板内含水矿物脱水及其物理化学过程诱发地震破裂. 近日, 中国科学技术大学和南方科技大学的地震学者们发现秘鲁平板内地震发生及破裂呈显著的窄带分布特征, 与邻区常规俯冲板片内地震分布存在明显差异, 指示可能受不同发震机制控制(Zeng et al., 2025)。
在秘鲁北部, 纳斯卡板块以近水平角度俯冲至南美板块下方, 形成平板俯冲. 在平板末端转折处, 1997-2021年发生了4次7级以上中深源大地震, 包括2019年8.0级秘鲁大地震(Ye et al., 2020; Liu & Yao, 2020). 本研究基于全球宽频带地震记录, 发现这4次中深源大地震的破裂过程高度相似, 表现为简单平滑、高速脆性的单向扩展破裂, 局限在板片内较窄深度区间(100-140 km), 且余震数量极少。
图 1 秘鲁平板俯冲区中深源地震活动性, 4次7级大地震破裂特征 (1997年7.2级、2005年7.5级、2021年7.5级和2019年8.0级)及其余震.修改自Zeng et al. (2025).
为解释秘鲁平板内这4次中深源大地震的破裂模式, 本研究提出定量分析方法, 对比分析了全球3个典型平板俯冲区(秘鲁, 智利, 墨西哥)平板俯冲及其邻近区域的板内地震分布宽度. 结果表明, 平板内地震的分布宽度范围及其方差均显著小于相邻的常规俯冲区, 表明平板俯冲区的地震活动性趋于窄带分布, 而邻区常规俯冲板片内的地震分布则较为弥散(图2)。
图 2全球3个典型平板俯冲区(秘鲁, 智利和墨西哥)和临近常规俯冲区的板内地震活动性分布.修改自Zeng et al. (2025).
图 3 不同俯冲形态的板内中深源地震分布和大震破裂模式图.引自Zeng et al. (2025).
结合地震分布, 平板上方火山空区, 和前人速度结构成像, 本研究认为常规俯冲板片中渐变的温压条件下发生的多种脱水反应, 如滑石(talc), 水镁石(brucite), 绿泥石(chlorite)等, 可引发广泛分布的中深源地震; 而平板内温压条件较稳定, 不利于多种矿物的脱水反应, 地震的发生主要受控于局部挠曲应力应变. 由此, 文章提出了不同几何形态的俯冲板片内中深源地震成因的概念模式, 如图3所示:
(a)秘鲁和智利平板: 板片平躺深度较深(~100 km), 大部分流体在平躺前已释放, 平板内部较干, 脱水反应有限, 导致火山空区; 平板内地震分布稀疏, 地震分布和大地震破裂均呈窄带特征。
(b) 墨西哥平板: 板片平躺深度较浅 (~50 km),脱水反应有限, 板内含水矿物得以保留, 板片重新变陡后, 含水矿物继续脱水产生大量流体, 导致观测到火山向内陆方向偏移; 平板内地震活动性低, 地震的发生主要受控于板片挠曲, 大地震均发生在平躺后转折区。
(c) 常规俯冲板片: 板内渐变的温压组合导致多种矿物发生脱水, 使得中深源地震广泛分布。
本研究的第一作者为中国科学技术大学地球和空间科学学院的博士研究生曾令词，通讯作者为南方科技大学的叶玲玲副教授和中国科学技术大学的姚华建教授。本研究工作的开展得到了国家自然科学基金(42488301)和国家重点研发计划项目(2023YFF0803200)等资助.
参考文献：
Liu, W. & Yao, H. (2020), Rupture process of the 26 May 2019 Mw 8.0 northern Peru intermediate-depth earthquake and insights into its mechanism. Geophys. Res. Lett.47, e2020GL08716, doi: https://doi.org/10.1029/2020GL087167.
Ye, L., Lay, T. & Kanamori, H. (2020), Anomalously low aftershock productivity of the 2019 Mw 8.0 energetic intermediate-depth faulting beneath Peru. Earth Planet. Sci. Lett. 549, 116528, doi:https://doi.org/10.1016/j.epsl.2020.116528.
Zeng, L., Ye, L., Yao, H., Liu, W., Si, D., Lay, T., & Yang, T. (2025), Narrow intermediate-depth seismogenic band related to flexural strain in relatively dry Peruvian flat slab. Commun. Earth Environ.6, 104, doi:https://doi.org/10.1038/s43247-025-02071-0.