摘要：板內非俯沖帶地震是指發生在板塊內部、遠離板塊活動邊界的構造地震。上地幔因高溫高壓環境，不利于發生脆性破裂，但有些非俯沖帶板內地震的深度超過70 km，其成因尚不清楚。此前，僅有阿富汗興都庫什、摩洛哥阿特拉斯山脈、羅馬尼亞弗蘭恰地區、青藏高原和美國中部等少數幾個地區，曾報道過此類事件，通常將地震歸因于流體作用、高應變率、古俯沖板塊殘留、大陸巖石圈拆沉或“巖石圈滴落”等機制。在最近發表于Science的研究中（Ho et al., 2026），作者利用深度學習地震事件檢測技術，從區域地震數據中識別出東南極板內中源地震并進行了重定位（圖1），研究發現，該地區中源地震發生的深度分布特征可由東南極洲邊緣由熱驅動抬升作用引發的彎曲應力集中和巖石圈強度突變來解釋，且受到冰凍圈、巖石圈和軟流圈等多圈層間相互作用的共同控制。作者推測全球范圍內的板內中源地震發生頻率可能遠高于當前認知，亟需高精度的地震檢測技術來發現更多類似事件。

圖1 研究區域地圖及剖面圖。(A) 地圖顯示了重定位后的地震事件（品紅色圓圈），背景為冰下基巖地形圖。DFR-深凍山脈；DG-戴維冰川；RSR-皇家學會山脈；TAMs-橫貫南極山脈；WARS-西南極裂谷系統；WSB-威爾克斯冰下盆地。(B-C) 分別沿剖面A–A′和B–B′繪制的地震事件位置，背景為重定位所用的剪切波速度 (Vs) 擾動和巖石圈-軟流圈邊界 (LAB)。（上）冰下基巖地形（黑色）和冰層厚度（藍色）。粗水平線表示海平面，細灰線表示1 km間隔。垂直放大倍數（VE）列于圖B和圖C的右下角；（左）紅色方框表示圖中右側放大的部分；（右）圖中還顯示了計算得到的震源機制 一、關鍵方法與發現

現有板內地震的研究經常受制于相關地震事件識別困難和定位精度不足。阿拉巴馬大學牽頭的研究團隊首先利用遷移學習增強的深度學習地震事件自動檢測技術，建立了2012-2015年間東南極維多利亞地區域包含1859個事件的初始地震目錄。隨后將精訓后的神經網絡用于處理跨南極山脈地震實驗（2001–2003年）以及戴維冰川臺陣（2003–2004年）數據（圖2）。在對該地區總共49個地震臺站觀測數據處理后，共檢測出6782個地震事件，其中3767個位于戴維冰川下方。團隊進一步通過概率定位方法（NonLinLoc）和修正的三維橫波速度模型（AN1-S）對事件進行重新定位，并采用多種手段驗證結果可靠性。最后獲得發生在戴維冰川下方區域1.6-3.5級的地震共有1068次，其中510次為中源地震，深度在100–150 km之間，它們集中分布于上地幔，靠近巖石圈-軟流圈邊界。這些事件與另一組淺源事件（0–40 km深度）在空間上明顯分離。淺源事件可歸因于冰蓋底部的粘滑行為及冰體運動引起的應力變化，而中源地震的成因則與冰凍圈、巖石圈和軟流圈等圈層間的相互作用有關。

圖2 地震檢測與重定位驗證示例。(A) 2015年7月26日22:49:34發生的板內中源地震經高通濾波(1 Hz)后的波形。由自動檢測算法確定的P波和S波到時分別用紅色和藍色虛線表示。(B)同一事件的垂直和水平分量的概率密度函數。紅色虛線表示計算出的震源深度和相對位置。顏色標度顯示了每1 km間隔內的樣本數量，每個樣本代表基于到時數據的一個可能的事件位置。(C) 測試震源深度分別為0、40、100和150 km時的空間映射S-P走時（橙色圓圈）。每個圓圈的半徑表示特定臺站對應的S-P走時 二、成因機制解釋

該地區的中源地震群位于東南極巖石圈（寒冷、厚）與西南極裂谷系統巖石圈（溫暖、薄）的邊界上，地震波速度梯度及熱結構變化顯著，100–150 km深處的溫度約690°C，接近地幔脆性破裂的上限（700±100°C），因此積累的構造應力可觸發脆性破壞引發地震。同時，鄰近的西南極地幔溫度在該深度范圍內高達1200–1300°C，由粘性蠕滑引起局部升溫，進而導致的熱剪切失穩，同樣會引發以走滑為主的地震。

上述構造過程可以解釋該地區中源地震發生的深度分布特征，但不能夠解釋為何地震僅集中于戴維冰川而非整條跨南極山脈邊界。已有地球動力學模型認為，板內地震活動受到巖石圈厚度和軟流圈流動的共同控制，此處也不例外。大地測量與地震層析成像表明，戴維冰川南北兩側的深凍山脈和皇家學會山脈下方存在緩慢的上地幔物質上涌，導致較高的垂直應力和彎曲抬升；戴維冰川下方的基底彎曲變形應力達到最大，形成了淺部壓縮、深部拉伸的應力分布（圖3）。此外，冰川過程（如冰川侵蝕、均衡調整）也會導致東南極邊緣巖石圈的垂向應力變化。冰蓋質量變化引起的地球固體圈層黏彈性響應可改變巖石圈的應力平衡，進一步促進該地區中源地震的發生。該研究體現了冰凍圈、巖石圈和軟流圈對該地區中源地震有著共同控制作用。

圖3 該地區板內中源地震發生機制卡通圖。（上圖）橫貫南極山脈前緣的冰下基巖地形，高海拔的皇家學會山脈和深凍山脈與海拔較低的戴維冰川出口相鄰。（下圖）東南極巖石圈邊緣的撓曲載荷（未按比例繪制）。皇家學會山脈和深凍山脈下方的上地幔溫度升高，疊加戴維冰川的地表載荷，導致戴維冰川下方巖石圈-軟流圈邊界附近出現向 下 凹陷的彎曲，并產生板內中源地震（白色星號） 三、總結與展望

研究首次在東南極洲識別出大規模的上地幔板內中源地震，揭示了冰凍圈、巖石圈和軟流圈相互作用共同控制該地區板內中源地震發生的機制，為理解板內地震的成因提供了新視角。

該研究推測克拉通邊緣因存在強烈的巖石圈強度梯度和邊緣驅動地幔對流，可能也是板內中源地震的頻發地帶。如果能應用深度學習等地震事件檢測工具，可能可以發現更加普遍的類似中源地震，這將為后續板內地震危險性評估和地球動力學研究提供重要支撐。

主要參考文獻

Ho L M, Sánchez-Roldán J L, Hansen S E, et al. Upper-mantle earthquakes beneath East Antarctica[J]. Science, 2026, 392(6801): 942-945.

（撰稿：張振東；審核：韋生吉/油氣理論與方法學科中心）