近日，南方科技大学地球与空间科学系副教授罗海澎课题组联合新加坡南洋理工大学、新加坡地球观测研究所以及加拿大维多利亚大学的学者在Nature Geoscience上发表文章，揭示了全球俯冲带地震发生之前的几百年间地表垂直形变的机制。

全球俯冲带是大地震的孕育区。大地震的发生是俯冲板块和上覆板块之间断层面能量积累的结果，震前能量积累阶段被称为震间时期。大地震的震间时期持续几百至千年时间不等。传统理解中，震间时期的能量积累过程，可以用弹簧的压缩状态来类比，而地震发生时，可用弹簧的拉伸状态来类比。

然而，地球的实际复杂情况并不同于弹簧的瞬间恢复原状的理想弹性。地球深部受高温高压及流体等作用影响，展现出黏弹性特性。大地震的震间时期能量累积如人躺在记忆棉时积累变形；当人起身后，记忆棉并非即时复原，而是缓慢弹性松弛，在恢复过程中释放了部分能量。地震之后的形变以及地震周期的震间形变与记忆棉恢复黏弹性松弛的过程类似。

图1. 全球俯冲带近火山弧处震间下沉观测。标示蓝色圆圈显示部分俯冲带火山弧处的震间下沉观测，三角形为火山。插图显示俯冲带地震的同震和震间形变。

研究人员通过大地测量数据，例如卫星定位数据GPS，雷达干涉测量数据等方式，可获取大地震是否曾经发生的信息源。震间阶段的数据包括水平方向和垂直方向的地表形变。近几十年的研究表明，在黏弹性地球框架中，地震能量积累与大地震区域震间水平形变在地震周期中符合基本的演化规律：大地震前，上覆板块上的GPS均朝陆地方向运动，由断层面能量积累导致，存在黏弹性积累形变效应（图1）。大地震时，上覆板块的GPS朝向海洋方向移动，主要呈现弹性形变效应。大地震后，上覆板块在近火山弧处持续往海洋方向移动，同时受黏弹性松弛效应的影响和断层面的持续滑移。震间时期，形变受断层闭锁（积累能量）的黏弹性松弛效应以及地震前期的剩余黏弹性松弛效应影响。

由上可知，传统弹簧弹性模型理论，如果不考虑记忆棉的黏弹性效应，在评估地震危险性时可能存在明显偏差。仅利用水平GPS数据难以修正该偏差值，且垂直GPS数据也难在现有的弹簧理解框架内解释。而基于水平形变数据的黏弹性地球框架中，对垂直形变的抬升或下沉形态及其演化也未能有统一清晰的认识。

图2.俯冲带地震周期的垂向（线条）和水平（箭头）形变。图改自Luo et al. (2025, Nature Geoscience)

研究团队综合分析了全球俯冲带垂直形变观测数据，结合对俯冲带流变结构（类似弹簧形变效应或者记忆棉形变效应在俯冲带中的分布）的理解，提出垂直形变抬升和下沉形态及其演化的新理论（图2）。值得一提的是，研究结果表明，在下个地震即将来临的震间时期（该时期可能是几百年的时间尺度），在俯冲带火山弧区域存在地表下沉现象。该区域下沉主要由黏弹性地球在断层积累能量时产生，故而能提供该俯冲带是否存在未来发生地震可能性的证据。但该区域在弹簧弹性模型中并不存在。本研究对全球现有俯冲带地震周期形变进行了解释，提出了近火山弧处的下沉现象。根据该研究发现，研究人员认为在加勒比海的Lesser Antilles 俯冲带区域未来有大地震发生的可能性。

罗海澎为该论文的第一作者与通讯作者。南科大为论文的第一单位。该研究受广东省地球物理高精度成像技术重点实验室的支持。

供稿：地球与空间科学系

通讯员：黄惠婧

编辑：任奕霏