《Journal of Asian Earth Sciences》：Seismic segmentation and slab dehydration beneath Java, Indonesia: Geodynamic and hazard implications
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作者名单：Fitriani Fitriani、Yingfeng Ji、Jun Yang、Haris Faheem、Waqar Ahmed、Ye Zhu、Shoichi Yoshioka、Nobuaki Suenaga
中国科学院青藏高原研究所青藏高原地球系统、环境与资源国家重点实
作者名单：Fitriani Fitriani、Yingfeng Ji、Jun Yang、Haris Faheem、Waqar Ahmed、Ye Zhu、Shoichi Yoshioka、Nobuaki Suenaga
中国科学院青藏高原研究所青藏高原地球系统、环境与资源国家重点实验室（TPESER），北京 100101，中国
摘要
爪哇岛是世界上最人口稠密的火山弧；然而，由于观测数据有限以及高分辨率三维（3D）建模的缺乏，俯冲板块下的沿走向地震分段情况仍不完全清楚。本研究聚焦于爪哇俯冲带，探讨了与板块脱水相关的流体排放与板块耦合界面上地震活动变化之间的空间关联。先进的三维热力学建模结果揭示了热结构、脱水前沿和地震分布之间的一致空间关系。我们还识别出显著的地震间隙和不同的活动水平，这些可能反映了应力变化或板块间耦合程度的差异。本研究为评估富含流体的俯冲带地震灾害提供了更好的框架。
引言
爪哇岛位于巽他弧系统上，是全球地壳活动最活跃、人口密度最高的俯冲带之一。该岛居住着超过1.5亿人，过去一个世纪以来发生了多次破坏性的大型逆冲地震和板内地震（图1），包括2006年西爪哇发生的7.7级地震以及多次引发海啸的地震（Hutchings和Mooney，2021年；Lay等，2005年；McCaffrey，2009年；Widiyantoro等，2020年）。印度-澳大利亚板块和巽他板块在俯冲过程中的汇聚速率约为每年60-70毫米，导致俯冲带处应力极端升高，从而引发了地震活动（Aribowo等，2022年；Lay等，2005年；Pasari等，2021年）。传统的爪哇地震风险评估主要依赖于历史地震目录的统计分析，较少结合物理过程来确定逆冲带的分段情况（例如Hutchings和Mooney，2021年；Sukrungsri和Pailoplee，2015年；Triyoso等，2025年），但温度依赖的流变特性、深度变化的脱水过程以及板块热结构的三维变化等关键因素可以通过基于物理的热力学建模来解释（例如Hippchen和Hyndman，2008年；Wada等，2008年）。爪哇地震活动的空间差异及其成因尚未得到系统研究。
热结构在俯冲带机制中起着基础性作用，因为它调控着俯冲海洋岩石圈的流变行为，决定了脆性-塑性变形，并影响中等深度地震的发生（Kirby等，1996年；Syracuse等，2010年）。温度与脱水反应有关，这些反应会释放出能够提高孔隙压力并削弱断层的流体，在适宜的应力条件下可能导致地震失稳（Jung和Green，2004年；Peacock，2001年）。先前的研究表明，深度依赖的脱水过程在空间上可能与特定的地震分布模式一致（Ji等，2021年；Schmidt和Poli，1998年；Zhu等，2025年）。此外，存在地震活动较低的潜在地震间隙区域可能表明未来有可能发生断裂（Muttaqy等，2022年；Supendi等，2023年；Widiyantoro等，2020年）。区分这些情况需要了解热力和力学条件，因为摩擦行为对温度非常敏感（Scholz，1998年）。
爪哇岛在浅层地震聚集、中等深度地震和地震间隙方面表现出强烈的沿走向变化，这些特征可能表明存在未来可能发生大型逆冲地震的锁定不均匀性（Widiyantoro等，2020年；Zhao等，2025年）。通过对海沟沿线地震活动水平的空间变化进行分析，我们发现了地震活动较低的间隙区域，这些间隙被认为可能是未来大型逆冲地震的破裂位置（Supendi等，2023年；Widiyantoro等，2020年）。要理解这些模式是反映热结构的分段、流体释放的变化还是力学异质性，需要统一的板块热结构-地震分析方法。然而，爪哇岛下方俯冲板块的详细沿走向热异质性仍然知之甚少。
以下是翻译后的中文文本：作者列表：Fitriani Fitriani、Yingfeng Ji、Jun Yang、Haris Faheem、Waqar Ahmed、Ye Zhu、Shoichi Yoshioka、Nobuaki Suenaga
机构：中国科学院青藏高原研究所青藏高原地球系统、环境与资源国家重点实验室（TPESER），北京 100101，中国
摘要
爪哇岛是地球上人口最多的火山弧；然而，由于观测数据有限和缺乏高分辨率三维（3D）建模，人们对俯冲板块下的沿走向地震分段了解不足。本研究聚焦爪哇俯冲带，探讨了与板块脱水相关的流体释放与板块耦合界面地震活动变化之间的空间关系。先进的三维热力学建模结果显示，热结构、脱水前沿和地震分布之间存在一致的空间关联。我们还发现了显著的地震间隙和不同的活动水平，这些可能反映了应力变化或板块间耦合程度的差异。本研究为评估频繁发生地震的富含流体的俯冲带的地震灾害提供了新的方法。
引言
爪哇岛位于巽他弧系统上，是全球地壳活动最活跃、人口密度最高的俯冲带之一。岛上居住着超过1.5亿人，过去一个世纪发生了多次破坏性的大型逆冲地震和板内地震（图1），包括2006年西爪哇发生的7.7级地震以及多次引发海啸的地震（Hutchings和Mooney，2021年；Lay等，2005年；McCaffrey，2009年；Widiyantoro等，2020年）。印度-澳大利亚板块和巽他板块在俯冲过程中的汇聚速率约为每年60-70毫米，导致俯冲带处应力极大，从而引发了地震活动（Aribowo等，2022年；Lay等，2005年；Pasari等，2021年）。传统的爪哇地震风险评估主要依赖于历史地震目录的统计分析，较少结合物理过程来确定逆冲带的分段情况（例如Hutchings和Mooney，2021年；Sukrungsri和Pailoplee，2015年；Triyoso等，2025年），但温度依赖的流变特性、深度变化的脱水过程以及板块热结构的三维变化等关键因素可以通过基于物理的热力学建模来解释（例如Hippchen和Hyndman，2008年；Wada等，2008年）。爪哇岛地震活动的空间差异及其成因尚未得到系统研究。
热结构在俯冲带机制中起着关键作用，它调控着俯冲海洋岩石圈的流变行为，决定脆性-塑性变形，并影响中等深度地震的发生（Kirby等，1996年；Syracuse等，2010年）。温度与脱水反应相关，这些反应会释放出流体，提高孔隙压力并削弱断层，从而在适宜的应力条件下促进地震发生（Jung和Green，2004年；Peacock，2001年）。先前的研究表明，深度依赖的脱水过程在空间上可能与特定的地震分布模式一致（Ji等，2021年；Schmidt和Poli，1998年；Zhu等，2025年）。此外，地震活动较低的潜在间隙区域可能预示着未来可能发生断裂的区域（Muttaqy等，2022年；Supendi等，2023年；Widiyantoro等，2020年）。区分这些情况需要了解热力和力学条件，因为摩擦行为受温度强烈影响（Scholz，1998年）。
爪哇岛在浅层地震聚集、中等深度地震和地震间隙方面表现出强烈的沿走向变化，这些特征可能表明存在未来可能发生大型逆冲地震的 locking asperities（Widiyantoro等，2020年；Zhao等，2025年）。通过研究海沟沿线地震活动的空间变化，我们发现了地震活动较低的间隙区域，这些区域被认为是未来大型逆冲地震的破裂位置（Supendi等，2023年；Widiyantoro等，2020年）。要理解这些模式是反映了热结构的分段、流体释放的变化还是力学异质性，需要统一的热结构-地震分析方法。然而，爪哇岛下方俯冲板块的详细沿走向热异质性仍不明确。
本研究提出了一个三维热力学建模框架，用于量化爪哇俯冲带的热结构、脱水模式和地震生成分段，这是对该地区的首次高分辨率三维热力学分析之一（Ji等，2016年）。具体而言，本研究旨在：（1）构建爪哇俯冲带的高分辨率三维热模型；（2）量化热结构与地震分布之间的空间关系；（3）绘制板块脱水模式及其与地震活动的关联；（4）根据建模的热结构和脱水场识别和描述地震间隙。通过限定地震生成区的深度和沿走向范围、脱水前沿的位置以及锁定段的位置，我们的热力学建模为爪哇的地震灾害评估提供了基于物理的参数。
章节摘录
方法和模型设置
本研究使用了全球地震网络数据库IRIS中的地震数据（Trabant等，2012年），以及1900年至2000年间M ≥ 5.5级地震的全球目录（Engdahl和Villasenor，2002年）。为了估算爪哇岛下方俯冲板块的热结构，我们使用了Stag3D中的热力学代码（Tackley等）。
结果
爪哇岛靠近海沟的沿海地区温度较低，在10公里深度处温度不超过150°C（图3），该区域的浅层地震活动较为频繁。30公里和70公里深度处的温度分别为150°C和450°C，这可能与多种地震事件有关。在火山弧下方的板块表面80公里深度处，温度约为600-700°C。相比之下，附近的温度...
板块热结构与地震生成分段之间的关系
三维热模型显示爪哇岛下的温度存在明显的沿走向和深度依赖变化。将这些变化与地震分布进行比较，发现温度梯度和地震密度之间存在统计学上显著的负相关（Pearson r = –0.66，Spearman ρ = –0.60）。这与全球范围内的观察结果一致，即温度与岩石圈流变性和下倾方向的变化有关。
结论
本研究加深了我们对爪哇岛下方俯冲板块的热状态和脱水状态及其与地震活动空间关系的理解，得出以下结论：
（1）爪哇岛下方的板块表现出明显的侧向和深度依赖的热异质性。温度梯度的变化与浅层至中等深度范围内的地震密度存在统计学上显著的负相关。然而，在约70公里深度以下，解释...
未引用的参考文献
Incorporated Research Institutions for Seismology (IRIS)（2025年）。
CRediT作者贡献声明
Fitriani Fitriani：负责撰写原始稿件、数据可视化、软件开发、研究方法设计、数据分析及结果分析。Yingfeng Ji：负责撰写原始稿件、数据可视化、研究监督、软件开发、方法设计、数据分析及概念化。Jun Yang：负责撰写稿件审查与编辑、数据可视化。Haris Faheem：负责撰写稿件审查与编辑。Waqar Ahmed：负责撰写稿件审查与编辑。Ye Zhu：负责撰写稿件审查与编辑。Shoichi Yoshioka：负责撰写稿件审查与编辑。Nobuaki Suenaga：负责撰写稿件。
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的利益冲突或个人关系可能影响本文的研究结果。
致谢
地震数据来自Incorporated Research Institutions for Seismology。本研究得到了中国科学院****、第二次青藏高原科学考察与研究计划（2019QZKK0708）、MEXT和KAKENHI基金（21H05203）、神户大学战略国际合作研究基金（B类项目）以及“慢速到快速地震科学”项目的支持。作者感谢各方提供的帮助...
（注：翻译过程中对科学术语和专有名称进行了适当的保留和解释，同时对长段落进行了分段处理，以符合中文阅读习惯。）
