Earthquake nucleation in weak subducted carbonates
Earthquake nucleation in weak subducted carbonates
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弱俯冲碳酸盐岩中的地震成核
DOI：
10.1038/ngeo2774
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发表时间：
2016
影响因子：
18.3
通讯作者：
Behrmann
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Kurzawski;Niemeijer;Spiers;Behrmann
海底富含碳酸盐和粘土的沉积物是俯冲带的主要输入物，特别是在低纬度会聚板块边缘。因此，了解它们的摩擦行为是了解板块边界地震的基础。在这里，我们报告的机械测试结果进行模拟断层泥准备从海底碳酸盐和粘土，取芯过程中IODP海上哥斯达黎加钻探。富粘土断层泥的内摩擦系数（即线性化剪应力与正应力数据的斜率）为μint= 0.44 − 0.56，与温度和孔隙流体压力（Pf）无关。相比之下，碳酸盐泥的μ int强烈地依赖于温度和孔隙流体压力，μ int从室温和Pf = 20 MPa时的0.84急剧下降到T = 140 °C和Pf = 120 MPa时的0.27。这种效应提供了俯冲带剪切局部化和地震生成的基本机制，并使碳酸盐岩成为板块边界地震的可能成核场所。我们的研究结果表明，破裂成核是由温度控制的摩擦不稳定性和温度和孔隙压力依赖的钙质断层泥的削弱相结合。
Ocean-floor carbonate- and clay-rich sediments form major inputs to subduction zones, especially at low-latitude convergent plate margins. Therefore, knowledge of their frictional behaviour is fundamental for understanding plate-boundary earthquakes. Here we report results of mechanical tests performed on simulated fault gouges prepared from ocean-floor carbonates and clays, cored during IODP drilling offshore Costa Rica. Clay-rich gouges show internal friction coefficients (that is, the slope of linearized shear stress versus normal stress data) ofμint= 0.44 − 0.56, irrespective of temperature and pore-fluid pressure (Pf). By contrast,μintfor the carbonate gouge strongly depends on temperature and pore-fluid pressure, withμintdecreasing dramatically from 0.84 at room temperature andPf= 20 MPa to 0.27 atT= 140 °C andPf= 120 MPa. This effect provides a fundamental mechanism of shear localization and earthquake generation in subduction zones, and makes carbonates likely nucleation sites for plate-boundary earthquakes. Our results imply that rupture nucleation is prompted by a combination of temperature-controlled frictional instability and temperature- and pore-pressure-dependent weakening of calcareous fault gouges.
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