地球深部600 km左右的温压条件通常不利于8级以上地震的发生，因此这些深大地震的发震机理仍存在许多疑问。针对这个科学问题，中国地震局地球物理研究所先导技术研究室陈伟文助理研究员与南洋理工大学韦生吉副教授及地球所王伟涛研究员合作，获取了2013年鄂霍茨克海Mw8.3级深震的全球宽频带地震台P波波形，通过反卷积方法获取其相对震源时间函数，通过破裂方向性分析，获取了地震开始阶段子事件的相对时空关系，并发现初始的两个子事件S1与S2之间呈现近垂直的相对位置（图1）。

图1 （a）USArray记录到随震中距变化的相对震源时间函数，（b）USArray记录到随方位角变化的相对震源时间函数，（c）全球不同台网记录到随震中距变化的相对震源时间函数，（d）破裂开始阶段子事件的相对空间位置，（e）全球不同台网记录到随方位角变化的相对震源时间函数

通过对高频段（0.2-0.8Hz）相对震源时间函数的分析，发现子事件S2在USArray上随震中距变化出现了明显的多路径效应（multipathing effect）。使用二维有限差分算法尝试各种可能的速度结构去拟合多路径效应，发现在俯冲板片下方引入“甜甜圈段”式的超低速异常体可以同时拟合位于中国/东南亚方向以及USArray两个位于对顶角位置的台阵上的数据（图 2）。

图2 （a）“甜甜圈段”式的低速异常体模型及其参数化，（b）中国/东南亚方向的相对震源时间函数观测与合成波形，（c）USArray西部的相对震源时间函数观测与合成波形，（d）“模版检测”式的互相关系数，（e）USArray西部的高频速度波形数据和合成波形，（f）“模版检测”式的互相关系数随各参数的变化，（g）“模版检测”式的互相关系数随“甜甜圈段”内外径的变化

通过拼合不同方位角上约束得到的二维结构，获得了该低速异常体的大致几何形态和地震学性质：其在空间上展布约为30*60*60 km，P波速度异常高达-18±2%。如此高的低速异常暗示该异常体处于高度熔融的状态或存在较高的挥发物成分，考虑到过渡带矿物的高度含水特性，该异常体极有可能在660 km间断面之上依然保持向上的浮力，根据初步计算，该浮力施加给震源区域的应力高达86~255MPa，如此高的应力满足了在600 km深度下的俯冲岩石圈中形成热失稳破裂的条件，其很有可能是8级以上地震为何在如此深度下发生的重要原因。俯冲板片下方超低速异常体的首次发现也为相关矿物物理和地球动力学过程提出了新的研究课题。

图3 （a，c，d）2013年鄂霍茨克海Mw8.3深震，1994年玻利维亚Mw8.2深震，2018年斐济Mw8.2深震震源区域的层析成像速度模型与周边地形，（b）超低速体对俯冲岩石圈施加应力导致热失稳概念图

成果于2024年发表在学术期刊《Nature Communications》（Chen W, Wei S, Wang W. Subslab ultra low velocity anomaly uncovered by and facilitating the largest deep earthquake. Nature Communications. 2024 Mar 29;15(1):2754. .https://doi.org/10.1038/s41467-024-47129-3）。

【作者介绍】

第一作者：陈伟文，男，中国地震局地球物理研究所助理研究员，2015年博士毕业于中国科学技术大学，获理学博士学位。以第一作者发表学术论文5篇。主要从事地震震源，地球深部物理等方面的工作。

通讯作者：韦生吉，南洋理工大学新加坡地球观象站研究员和亚洲环境学院副教授兼助理院长。本科和博士毕业于中国科学技术大学地球物理专业，在加州理工学院地震实验室从事博士后研究。担任BSSA，Geoscience Letters副主编和Tectonophysics编委。主要从事地震震源和地球速度结构方面的研究。

通讯作者：王伟涛，男，研究员，中国地震局地球物理研究所地球物理先导技术研究室主任。2004年博士毕业于中国科学技术大学，地球物理学报、EQS，ERA等多家期刊编委。主要从事台阵、人工智能、主动源的等地震学研究。