深源地震是指震源深度大于300km的天然地震。尽管深源地震发震数量少，约占全球地震的4%，通常情况下不会对建筑物、人类生命安全等造成严重灾害，但弄清深源地震机制对研究地幔结构、构造板块形态及运动特征、俯冲带热结构、火山活动、地幔对流、地幔自由水、俯冲板块内应力分布情况等均有重要的科学研究意义和实际价值，一直是地球动力学领域的重要研究方向。

深源地震最先由日本地球物理学家和达清夫于1928年发现（Wadati，1928），其存在性尽管受到当时人们的质疑，但之后更多的研究证实了深源地震确实存在，并开始受到广泛关注。

自从上世纪20~30年代发现深源地震至今，尽管学者们采用矿物高温高压实验、地球物理方法和数值模拟等方法对其机制进行了研究，但迄今为止仍未能从本质上搞清其孕育过程，始终是一个世界性科学难题。Sibson（1977，1982）认为，板内浅源地震的震源深度下限值与脆性-韧性转换带一致，所以容易理解浅源地震属于脆性破坏性质。与之相比，深源地震震源体处于更高的温度与围压环境，两者发震机制可能不同。对（中）深源地震机制，历经长期探索已提出了诸多假说，主要有：脱水致裂机制（Meade and Jeanloz，1991；Dobson et al.，2002）、相变失稳机制（Bridgman，1945；Kirby et al.，1991）、剪切熔融失稳机制（Griggs and Baker，1969；Ogawa，1987；Hobbs and Ord，1988）、反裂隙断层作用机制（Green and Burnley，1990；Green et al.，1990；Helffrich and Brodholt，1991；Wiens et al.，1993；Silver et al.，1995；Karato et al.，2001；Green and Marone，2002）等。目前关于中-深源地震物理机制的主流假说，均存在诸多有争议的问题，且难以自圆其说，故需另辟蹊径探寻新学说。

我们已经指出，任何天然地震(除慢地震外)都是岩石的脆性破裂所致，深源地震也不会例外，应属于岩石的脆性破裂范畴，有童鞋自然会问“深部岩石处于高温高压状态，能不能发生脆性破裂呢？具备这样的条件吗”别急，咱不急于下结论，先拿证据说话。

一、深源地震主要发生在冷俯冲板块内部中心区域（图1-2），而不是它的边界（McGuire et al.,1997; Wiens, 2001）。Emmerson and Da（2007）认为深源地震的发生取决于俯冲带温度机制而与其它因素无关。尽管地幔处于高温状态，但板块内部中心区域均保持低温状态，深源地震发生区域温度可能小于600℃（Dan et al.，2005；McKenzie et al.，2005）。

图 1 1900-2013年全球M≥7.0级地震分布图（来源于USGS）

图2  深源地震的发生部位（Liu and Zhang (2015) ）

二、看到这儿，好奇的童鞋忍不住会问，地球内部有放射性元素衰变，地球内部的温度会逐渐升高，在“火炉”的加温下，板块中心区域的温度是不是也逐渐升高呢？

近30年来，科学家通过室内高温高压实验，对地球深部的了解取得很大进展，并获得了足够多的证据表明上地幔中存在自由水。研究发现，温度和压力达到一定条件下，在板块内部和浅部的矿物开始脱水形成自由水（Watson et al.，1990），且在地球深部温度压力条件下其可能呈液态（Mishima and Endo，1978；Datchi et al.，2000； Frank et al.，2004；Lin，et al.，2004；Schwager and Boehler，2008）。那么，不难理解，地幔自由水的主要作用有：

Ø  降温作用——矿物脱水过程本身是吸热反应，而所生成的自由水对俯冲板块又具有冷却作用，使得俯冲速度快的“老”板块内部能够一直保持着相对低温的状态；

Ø   降压作用——脱水过程所生成的自由水会导致局部超压，进而降低破裂面上有效应力（降低震源体围压），使得岩石高压破裂成为可能。

此外，我们的研究还表明，自由水和火山活动同时影响着俯冲板块内部温度和围压（图3）。火山喷发释放着地球内部大量的热量和压力，尤其是发生深源地震的俯冲板块附近，使俯冲带表面区域不会一直处于高温高压状态，其起到“维稳”的作用，对深源地震的孕育与形成条件有着至关重要作用。

图3 俯冲板块及火山等情况示意图

三、岩石高温高压实验表明，花岗岩在低于800℃环境下（翟松韬等，2013）、蛇纹石在900℃以下（Dobson et al.，2002）与石榴石在1000℃以下（Voegelé et al.，1998），均表现为脆性破裂行为。

对叶蛇纹石脱水试验研究时发现，在6GPa条件下，从350℃开始以恒定速率5℃/min加温直至900℃停止，它的声发射过程（图4）仍具有脆性破裂特征（Dobson et al.，2002）。

图4 高温条件下叶蛇纹石声发射变化特征

四、诸多学者的研究表明，深源地震与浅源地震的诸多特征具有相似性（Kirby et al.，1991；Green and Houston，1995；Wiens，2001），如辐射图型、震级分布范围、震源-时间函数、破裂速度和应力降等（干微等，2012）。这意味着深源地震物理机制与浅源地震类似，是某种形式的剪切破裂，由断层错动或板块俯冲所致。

例如，Ye et al.（2013）的研究表明，2013年5月24日鄂霍次克海域Mw8.3级深源超剪切地震（深度610km），形成了长度超过180km的断层撕裂和最大达10m的剪切滑动，其地震辐射表明，该地震的剪切破裂可能与浅源地震没有区别。

五、我们的震例分析表明，对全球发生过深源地震的地震区，若分析时去掉深源地震数据，则标志性地震孕育规律不符合孕震断层多锁固段脆性破裂理论；若保留，则符合。这说明，深源地震的发生参与了标志性地震孕育过程，其可归因于锁固段的脆性破裂。

例如，北海道地震区（图5）位于鄂霍茨克板块、欧亚板块、北美洲板块、太平洋板块与菲律宾板块交界附近。截止到2016年2月24日，该地震区曾发生M≥7.5级地震83次，其中浅源地震75次，中源地震3次，深源地震5次。该地震区发生的3次标志性地震是： 1898年6月5日日本海沟M_uk8.7级地震、1952年11月4日勘察加东部近海M_W8.9级地震与2011年3月11日日本宫城东部近海M_W9.0级地震。从图6看出，考虑深源地震的标志性地震孕育过程，严格遵循着多锁固段脆性破裂理论。

图5 北海道地震区地震构造图

图6 北海道地震区144.02.15-2016.02.24之间CBS值与时间关系

（数据分析时选取M_W≥7.0级地震事件；误差修正已被考虑）

综上分析，可认为：深源地震震源体（锁固段）具有发生脆性破裂的环境条件，其与浅源地震机制一样，均为锁固段脆性破裂。

参考（略）