俯冲带板块边界断层孕育了人类历史上绝大多数8级以上地震，并引发横跨大洋的海啸灾害。未来，这些断层仍将不断产生新的大地震，是社会关注的重大议题。然而，从科学角度理解其发生机理，并进一步预测其时间、地点和规模，仍面临巨大挑战。尽管古地震历史可以帮助估计长期的地震危险性，但大地震的复发周期很长，而古地震记录的保存需要特定地质条件，因此缺乏记录并不意味着某构造区不会发生大地震（McCaffrey，2008）。大地测量学观测可约束俯冲断层的现今闭锁状态（如Li et al., 2018），但闭锁状态与断层的发震状态并非一一对应（图1），且俯冲带普遍缺乏直接的海底观测。正因如此，许多现代俯冲大地震的发生都在地震科学家的意料之外。例如，2004年苏门答腊9.2级地震发生在之前认为只能发生7级地震的区域，而2011年东日本9.1级地震最大破裂发生在之前认为阻碍地震传播的浅部海沟。

尽管面临挑战，过去二十年间，科学家在俯冲带取得了重要观测进展，发现断层复杂的时空滑动行为（如断层闭锁、地震滑动和慢滑移等）会产生特征性的大地测量信号。此外，多种地球物理观测方法也有显著突破，例如高精度海底地形与重力异常、地震学速度结构以及俯冲板块的年龄、粗糙度和沉积物厚度等。这些进展促使研究者认识到断层滑动行为与某些地球物理特性之间存在密切相关性，例如俯冲沉积物厚度和上覆板块应力状态（Heuret et al., 2012）、板块粗糙度（Wang and Bilek, 2014）、流体分布（Saffer and Wallace, 2015）、断层倾角（Bletery et al., 2016）及上覆板块弹性强度（Sallarès and Ranero, 2019）。不过，这些研究多针对特定地点或单一变量展开，因此对各种物理特性在断层滑动行为中的相对重要性仍存在较大分歧。

图1 俯冲断层滑动行为的时空复杂性。（a）新西兰北部俯冲带。（b）日本西南俯冲带。（c）美国阿拉斯加俯冲带。红蓝背景颜色分别代表断层蠕滑和闭锁区域。红色曲线勾划出历史地震破裂范围。黑色等值线代表慢滑移事件。蓝-红渐变颜色代表断层闭锁程度低-高状态

近期，研究者以新西兰北部、日本西南和美国阿拉斯加三个俯冲带为例（图1），详细综述了这些区域断层滑动行为、沉积物厚度、板块粗糙度和上覆板块应力状态等沿走向的变化特征，并定量对比了这些物理参数之间的空间相关性（Bassett et al., 2025）。基于此，提出了一个控制蠕滑与闭锁两种断层滑动行为的通用假说（图2），定性阐述了：（1）低板块几何倾角、高上覆板块弹性强度和拉张应力状态共同增加闭锁区域的向下延伸范围；（2）俯冲断层不均一性影响该区域内发震体的尺寸、间距和比例。综合这些研究结果，作者指出，断层滑动行为的时空变化并非由单一变量主导，而是多种物理因素相互作用的结果。

图2 控制俯冲断层蠕滑（左边蓝色段）和闭锁（右边红色段）两种端元滑动行为的共同物理因素

该综述较全面地整合了前人对单一物理因素的研究结论（如Wang and Bilek, 2014；Sallarès and Ranero, 2019等），并契合了跨时空尺度和多学科综合研究的趋势，或能促进断层滑动行为变化机制的深入研究，提高地震预测和灾害防控能力。然而，需注意的是，前人关于单一因素的研究已具备较好的全球适用性，而该文选择的三个俯冲带是否能代表全球端元模型，仍存疑。实际上，熟悉不同俯冲带区域的学者很容易举出无法用图2解释的许多反例，例如北美Cascadia俯冲带年轻而热的俯冲板片主控其断层滑动状态，导致既强又浅的断层闭锁（Li et al., 2018）。此外，该综述仍停留在定性描述物理因素耦合机制的阶段，并尝试在同一时空尺度下比较具有不同时空尺度的地球物理观测与过程，结论难免偏颇。例如，断层同震滑动和震间闭锁分别属于分钟和百年时间尺度物理过程（Li and Chen, 2023），而沉积物厚度、板块粗糙度和上覆板块应力状态等观测则属于百万年时间尺度地质学观测。

基于数值模拟的综合研究（如Ulrich et al., 2022）或可更全面地认识地震孕震发震的物理过程，同时保留甄别关键控制机制的能力。实现这一目标需要更精细的地球物理观测约束，以减小非物理参数空间和避免模拟误差累积。例如，考虑俯冲系统精细结构和垂向形变观测可以更好地约束俯冲断层滑动时空分布状态（Li and Chen, 2024）。未来，综合多学科理解不同因素跨时空尺度的耦合机制（Li et al., 2024），定量描述各种控制因素的权重及其时空演化规律，以更直接地指导地震机理和灾害研究，是亟待深入思考的重要方向，也可能成为推动学科发展的突破口。

主要参考文献

Bassett D, Shillington D J, Wallace L M, et al. Variation in slip behaviour along megathrusts controlled by multiple physical properties[J]. Nature Geoscience, 2025: 1-12. (原文链接)

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Li S, Chen L. Vertical crustal deformation due to viscoelastic earthquake cycles at subduction zones: Implications for Nankai and Cascadia[J]. Journal of Geophysical Research: Solid Earth, 2024, 129(8): e2024JB028817.

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Saffer D M, Wallace L M. The frictional, hydrologic, metamorphic and thermal habitat of shallow slow earthquakes[J]. Nature Geoscience, 2015, 8(8): 594-600.

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Ulrich T, Gabriel A A, Madden E H. Stress, rigidity and sediment strength control megathrust earthquake and tsunami dynamics[J]. Nature Geoscience, 2022, 15(1): 67-73.

Wang K, Bilek S L. Invited review paper: Fault creep caused by subduction of rough seafloor relief[J]. Tectonophysics, 2014, 610: 1-24.

（撰稿：李绍阳，陈凌/岩石圈演化学科中心）