DOI: https://doi.org/10.1038/s43247-026-03280-x
تاريخ النشر: 2026-02-11
المؤلف: Xinxin Zhang وآخرون
الموضوع الرئيسي: دراسات الزلازل والتكتونيات
نظرة عامة
تبحث هذه الدراسة في الآليات وراء الزلازل العميقة التي تحدث على أعماق تزيد عن 300 كم في مناطق الانغماس، مع التركيز بشكل خاص على لوح المحيط الهادئ تحت وسط اليابان. باستخدام طريقة التصوير الطبقي المعدلة ذات الفرق المزدوج، تكشف الدراسة عن هيكل شاذ ثلاثي الطبقات داخل اللوح العميق يتميز بخصائص سرعة موجات P و S (VP، VS) مميزة. الطبقة بين عمق 330-380 كم تظهر قيم منخفضة من VP و VS جنبًا إلى جنب مع نسبة VP/VS عالية، بينما الطبقات فوق وتحت هذا العمق تظهر نسب VP/VS منخفضة.
تشير النتائج إلى أن هذه الطبقات تتوافق مع حالات مختلفة من الأوليفين: α-أوليفين (ميتا) المستقر في أعماق أقل، أوليفين غير مستقر أو متحول في الطبقة الوسطى، وأوليفين β المستقر (وادسليت) في أعماق أكبر. تشير المنطقة ذات نسبة VP/VS العالية إلى وجود الماء في إسفين الأوليفين الميتا المستقر، مما يعني أن الانتقال الطوري للأوليفين الميتا المستقر، الذي قد يتم تحفيزه من خلال الجفاف العميق، قد يلعب دورًا حاسمًا في حدوث الزلازل العميقة.
نقاش
تتناول قسم النقاش في الورقة آلية عدم استقرار الانتقال الطوري المقترحة من قبل بريدجمان، التي تفترض أن الزلازل العميقة قد تنشأ من انكماش حجمي مفاجئ أثناء الانتقال الطوري للأوليفين في الوشاح العلوي. تبرز هذه الدراسة تشكيل إسفين الأوليفين الميتا المستقر (MOWs) بسبب التأخيرات الحركية في التحولات الطورية داخل الألواح المنغمس، وخاصة في منطقة الانغماس في المحيط الهادئ الغربي. باستخدام طريقة جديدة للتصوير الطبقي ذات الفرق المزدوج، تحدد الأبحاث منطقة ذات سرعة منخفضة مميزة داخل لوح المحيط الهادئ المنغمس على أعماق تتراوح بين 330-430 كم، والتي تتماشى مع الخصائص المتوقعة لإسفين MOW. تشير النتائج إلى أن هندسة MOW والأنوماليات المرتبطة بسرعة الزلازل هي عوامل حاسمة لفهم حدوث الزلازل العميقة، التي تقع في الغالب داخل الألواح المنغمس المحيطية.
تناقش الدراسة أيضًا الآليات وراء الزلازل العميقة، مقترحة أنه بينما يتم تحفيز الزلازل متوسطة العمق غالبًا من خلال عمليات الجفاف، فإن الزلازل العميقة تتأثر بالاستقرار الميتا للأوليفين وظروف الضغط داخل اللوح. تقترح الأبحاث أن الزلازل ذات السعة الصغيرة تتكون عند حافة MOW بسبب التحولات الطورية للأوليفين، بينما تحدث الأحداث الأكبر عندما تنتشر الانكسارات إلى داخل MOW. تؤكد النتائج على التفاعل المعقد بين الحرارة والضغط واستقرار المرحلة المعدنية في توليد النشاط الزلزالي، مما يبرز الحاجة إلى مزيد من التحقيق في دور الماء وعوامل أخرى في هذه العمليات الجيولوجية العميقة.
DOI: https://doi.org/10.1038/s43247-026-03280-x
Publication Date: 2026-02-11
Author(s): Xinxin Zhang et al.
Primary Topic: earthquake and tectonic studies
Overview
This research investigates the mechanisms behind deep-focus earthquakes occurring at depths greater than 300 km in subduction zones, specifically focusing on the Pacific slab beneath central Japan. Utilizing a modified double-difference tomography method, the study reveals a three-layered anomalous structure within the deep slab characterized by distinct P and S wave velocity (VP, VS) properties. The layer between 330-380 km depth exhibits low VP and VS values alongside a high VP/VS ratio, while the layers above and below this depth show low VP/VS ratios.
The findings suggest that these layers correspond to different states of olivine: (meta)stable α-olivine at shallower depths, unstable or transforming olivine in the mid-layer, and stabilized β-olivine (wadsleyite) at greater depths. The high VP/VS zone indicates the presence of water in the metastable olivine wedge, implying that the phase transition of metastable olivine, potentially triggered by deep dehydration, may play a critical role in the occurrence of deep-focus earthquakes.
Discussion
The discussion section of the paper elaborates on the phase transition instability mechanism proposed by Bridgman, which posits that deep-focus earthquakes may arise from abrupt volume contraction during the phase transition of olivine in the upper mantle. This study highlights the formation of metastable olivine wedges (MOWs) due to kinetic delays in phase transformations within subducting slabs, particularly in the western Pacific subduction zone. Utilizing a new double-difference tomography method, the research identifies a distinct low-velocity zone within the subducting Pacific slab at depths of 330-430 km, which aligns with the expected characteristics of a MOW. The findings indicate that the MOW’s geometry and the associated seismic velocity anomalies are critical for understanding the occurrence of deep-focus earthquakes, which are predominantly located within oceanic subducting slabs.
The study further discusses the mechanisms behind deep-focus earthquakes, suggesting that while intermediate-depth earthquakes are often triggered by dehydration processes, deep-focus earthquakes are influenced by the metastability of olivine and the stress conditions within the slab. The research proposes that small-magnitude earthquakes nucleate at the MOW rim due to olivine phase transitions, while larger events occur as ruptures propagate into the MOW’s interior. The results underscore the complex interplay between temperature, pressure, and mineral phase stability in generating seismic activity, emphasizing the need for further investigation into the role of water and other factors in these deep geological processes.