西南伊比利亚海域首次发现大洋板块拆离沉陷的地震学证据及其对板块构造理论的启示

《Nature Geoscience》推荐：为解决西南伊比利亚近海高震级地震（如1755年里斯本M8.5-8.7地震）的成因机制及大洋岩石圈能否发生拆离这一理论难题，Jo?o C. Duarte团队综合地震层析成像与数值模拟，发现该区域存在大洋岩石圈拆离（oceanic plate delamination）的直接证据。研究揭示板块汇聚与蛇纹石化弱层共同促发了拆离过程，这不仅为理解高震级地震成因提供了新模型，更对板块构造启动机制具有里程碑意义。

　　

在大西洋东北部的西南伊比利亚边缘，历史上曾发生过一系列毁灭性地震，其中最著名的是1755年里斯本大地震（震级M8.5-8.7）和1969年圣文森特地震（M7.9）。这些地震的震源机制长期困扰着地球科学家，因为传统观点认为，大洋岩石圈由于刚性较强难以发生类似大陆岩石圈的拆离作用（delamination），而该区域缺乏典型俯冲带的地表特征（如海沟），地壳缩短量（20-50公里）也远不足以解释深达250公里的高速地震异常体。这一矛盾暗示着可能存在新的岩石圈变形机制。

为了揭开这一谜团，由葡萄牙里斯本大学Jo?o C. Duarte教授领导的研究团队，综合分析了高分辨率地震层析成像数据与数值模拟结果，首次提出了大洋岩石圈正在发生主动拆离的证据。相关研究成果于2025年8月27日发表在《Nature Geoscience》上。

研究团队运用了多项关键技术方法：基于海洋地震仪（OBS）和陆地台站记录的远震P波走时数据，通过FMTOMO软件包进行地震层析成像反演，构建了深达800公里的三维速度结构模型；采用Underworld代码开展二维热-力学数值模拟，模拟了非均匀流变特性（包括脆性应变弱化和蛇纹石化弱层）的岩石圈在汇聚边界下的变形过程；结合地震折射剖面数据约束地壳-地幔界面结构和蛇纹石化层空间分布。

地震层析成像揭示大洋拆离证据

研究团队通过整合2007-2013年间伊比利亚-马格里布地区387个陆地台站和29个海底地震仪（OBS）的数据，发现位于平坦的马蹄形深海平原（Horseshoe Abyssal Plain）下方存在一个延伸至250公里深度的高速异常体（dVp>0.1 km/s）。该异常体被解释为正在拆离下沉的大洋岩石圈块体，其空间位置与1969年M7.9地震的震源区高度吻合。值得注意的是，该区域地壳缩短量仅20-50公里，与异常体深度暗示的200公里汇聚量存在显著差异，表明深部与浅部岩石圈存在机械解耦。

蛇纹石化层促成岩石圈解耦

地震折射研究显示，该区域大洋地壳缺失玄武岩层，沉积盖层直接覆盖在5-10公里厚的蛇纹石化地幔之上。这种结构源于伊比利亚西缘的非火山型超伸展大陆边缘，在海底扩张初期就经历了地幔剥露和蛇纹石化作用。数值模拟表明，当存在10公里厚蛇纹石化层且板块边界被两条垂直弱带（模拟 Gloria断裂带和Tydeman断裂带）限定时，岩石圈地幔会在汇聚作用下发生拆离，形成类似“薄片构造”（flake tectonics）的几何形态。

数值模拟重现拆离过程

在包含两条弱断裂带的模型中，非洲板块以8 mm yr^-1的速率向北推挤，被弱带围限的岩石圈块体沿北倾的主断裂面向下沉陷，而上覆地壳因蛇纹石化层的润滑作用保持相对平坦。模型成功再现了以下特征：（1）深部高速异常体的空间分布；（2）南倾的低角度逆冲断层（模拟Gorringe Bank的构造）；（3）20-60公里深度的地震活动簇；（4）马蹄形深海平原的持续沉降（3-4公里厚新生代沉积层）。

拆离作用对地震与俯冲启动的意义

根据层析异常体沿走向长度（160公里）和1969年地震震源机制推断的断层面倾角，研究团队估算出潜在破裂面积达20,000 km²，可产生M8.6级地震（平均滑移量8.7米）。这一机制成功解释了为何在缺乏地表构造迹象的区域能发生高震级地震。更重要的是，研究提出大洋岩石圈拆离可能是俯冲启动的前兆阶段：当下沉块体完全脱离后，欧亚板块将开始非均衡下沉，最终形成新的大西洋俯冲系统（类似直布罗陀弧和斯科舍弧的演化）。

该研究首次提供了大洋岩石圈发生主动拆离的地球物理证据，突破了“大洋岩石圈过于刚性难以拆离”的传统认知。研究揭示了蛇纹石化作用在岩石圈力学解耦中的关键角色，为理解板块边界演化、高震级地震成因和俯冲启动机制提供了新范式。这一发现对重建地球动力学过程具有深远意义，尤其对解释古老大洋遗迹和早期地球构造演化提供了重要参考。