2024年智利卡拉马Mw 7.4深源地震的板内破裂机制转换：脱水脆化向热失控的过渡证据

研究人员通过分析2024年智利卡拉马Mw 7.4中深源地震的破裂过程，结合热力学模拟与多尺度观测数据，首次揭示了大型中深源地震从脱水脆化（dehydration embrittlement）向热失控（thermal runaway）的机制转换现象。该研究为解决中深源地震物理机制争议提供了关键证据，表明高温区域可通过动态触发参与破裂，对评估俯冲带地震灾害具有重要意义。

　　

研究背景与意义

地球俯冲带是地震活动最频繁的区域，其中70-300公里深度的中深源地震因其特殊的物理机制长期困扰着科学家。传统理论认为，这类地震主要由俯冲板块脱水脆化（脱水释放流体引发岩石破裂）驱动，但高温高压环境下岩石本应呈现塑性变形。2024年7月19日，智利卡拉马发生的Mw 7.4地震以异常大的破裂深度（>50公里）和快速破裂速度（4.2 km/s）挑战了这一认知，为揭示中深源地震的复杂机制提供了天然实验场。

研究方法与技术

研究团队整合了多学科数据：

1. 1.

   地震波形反演：利用54个全球台站和47个区域强震台站数据，通过马尔可夫链蒙特卡洛（MCMC）方法进行子事件反演，解析破裂时空演化；

2. 2.

   GNSS形变分析：基于智利国家地震中心（CSN）和IGS网络数据，反演静态滑动分布；

3. 3.

   热力学模拟：结合Slab2几何模型和板块年龄数据，构建二维热力学模型确定温度场；

4. 4.

   模板匹配技术：检测未报告余震，完善地震序列目录。

研究结果

1. 多子事件揭示的破裂特征

地震包含5个子事件（E1-E5），沿东倾71°的陡峭断层从125公里延伸至174公里深度。早期浅部子事件（E1-E2）仅释放20%能量但伴随密集余震，而深部子事件（E3-E5）贡献80%能量却余震稀少，表明应力释放更彻底。

2. 热力学环境与机制转换

热模拟显示破裂穿越650°C蛇纹石脱水等温线（图5），进入传统认为的无震高温区。结合低余震产率与快速破裂（93%剪切波速），表明初始脱水脆化触发后，剪切加热导致热失控主导深部破裂（图6）。

3. 历史地震对比

与1993年日本Mw 7.6等事件不同，卡拉马地震是首个明确突破冷核边界的案例（图5d），其机制转换拓展了大型中深源地震的可能破裂范围。

结论与讨论

该研究首次证实中深源地震可通过机制转换实现跨温度场破裂：脱水脆化在冷核（<650°C）启动后，热失控使破裂延伸至1000°C高温区。这一发现由Jia等通过多尺度数据融合实现，发表于《Nature Communications》。其意义在于：（1）揭示了动态触发对高温区地震成核的作用；（2）提出混合机制模型，为评估俯冲带最大震级提供新框架；（3）强调热-力学耦合在深部地震研究中的核心地位。研究还发现破裂速度接近理论极限（0.9Vs），暗示可能存在间歇性超剪切传播，这为理解深部断层异质性如何调控破裂动力学开辟了新方向。