近日，吉林大学地球科学学院刘仲兰教授等人与来自美国哥伦比亚大学、法国巴黎高等师范大学、法国西布列塔尼大学的科学家合作，报导了发生在大洋中脊的逆冲地震事件以及其形成动力学机制，挑战了传统板块构造理论。这一研究成果以‘Mid-ocean ridge unfaulting revealed by magmatic intrusions’为题，于2024年4月11日发表在Nature 期刊。

洋中脊是典型的离散板块边界，岩石圈板块之间的离散过程在此形成了覆盖地球表面约三分之二的深海盆地。根据板块构造理论，构造伸展和与之相关的正断层是离散板块边界构造变形的主旋律。然而，发生在2022年北大西洋洋中脊的一次地震活动让这种传统观点受到了挑战：

1) 慢速洋中脊附近的逆冲断层地震事件：

在2022年9月26日，位于北纬54°的北大西洋洋中脊发生了一个震级大于4级的正断层地震活动。该地震事件持续了大约80小时，并发生了从北到南的迁移。在该地震事件向南迁移的过程中，在距离新生火山轴以东15公里处的一个断层面上发生了一次5.1级的逆断层地震，表明新生大洋中脊正在发生构造缩短。在2022年9月29日至2023年1月4日期间，又发生了11次震级高达5.9级的逆断层地震事件，这些地震活动对称地分布在新生火山轴两侧大约15公里处的两个狭窄区域内（图.1a）。受到该次地震活动的启发，作者们发现早在2014年11月，在西北印度洋的卡尔斯伯格洋中脊上也发生了类似的地震序列（图.1b）

2）逆断层地震事件在海底地形上留下构造印迹：

为了检验这种构造缩短的可靠性，作者们进一步通过海底地形解译分析构造应变量与离轴距离之间的关系。地形分析的结果显示，在检测到逆冲地震的两个区域，构造应变量（伸展量）会在离轴大约15公里处发生一个明显的减小（图2）。这种构造伸展量的急剧减小也表明构造缩短过程的存在，并且地形上显示的构造缩短位置与发生的逆断层地震事件位置在空间上重合。通过对全球已有公开多波束海底地形数据的洋中脊进行类似的分析，作者们发现大部分具有中央裂谷的对称型慢速-中速洋中脊均在地形上表现出类似的特征：在离轴一定的范围内会发生构造缩短。

3）慢速大洋中脊逆断层地震活动的力学机制：

为了检验离散板块边界发生构造缩短在动力学可行性，作者们进一步开展了二维的地球动力学数值模拟研究。模拟的结果显示，对于一个具有中央裂谷的对称型洋中脊，新生洋壳在中央裂谷内发生挠曲（Bending），这种挠曲作用会随着新生洋壳从裂谷中心离轴出来的时候释放（unbending），从而产生S一个水平压缩区域（图3.a）,在这个区域内，水平偏应力超过～10MPa，达到压缩莫尔-库伦破裂阈值，应力峰值位于离轴约15 公里处，与发生逆冲地震的空间位置重叠。

这是一项综合地震观测（地球物理学）、地形解译（地质学）和地球动力学数值模拟多学科交叉的前沿研究。美国科学院院士，哥伦比亚大学Göran Ekström教授主导了地震数据的解译，法国巴黎高等师范大学(ENS) Jean Arthur Olive博士，Javier Escartin教授以及法国西布列塔尼大学Manon Bickert博士主导了海底地形的解释工作；哥伦比亚大学Roger Buck 教授和吉林大学地球科学学院刘仲兰教授主导了地球动力学数值模拟工作。该研究受到美国能源部（DE-NA0003920），吉林大学创新团队（2021TD-05）和法国政府Investissement d’Avenir 基金的联合资助。

文章链接：https://www.nature.com/articles/s41586-024-07247-w#Ack1