4.13.5.1 Double Seismic Zone
いくつかの沈み込み帯では、無震領域で垂直に隔てられた最大40kmまでの2層で中間深度の地震が発生している（図14参照）。 このような二重地震帯は、これまで日本、トンガ、カムチャッカ、アラスカ、チリ、ニューブリテン、ニュージーランド、メキシコ、カスケディアの現地で中深度で検出されている（例えば、Abers, 1992; Cassidy and Waldhauser, 2003; Comte and Suárez, 1994; Gorbatov et al, 1994; Hasegawa et al, 1994; Kawakatsu, 1986; Pardo and Suarez, 1995; Rietbrock and Waldhauser, 2004; Robinson, 1986）。 東北日本 (Hasegawa et al., 1994) とカムチャッカ (Gorbatov et al., 1994; Kao and Chen, 1994) の最も分解能の高いダブルゾーンでは、下部ゾーンが深さ30〜180kmの間で地震活動を行い、その下で上部ゾーンと合体する。 グローバル地震カタログの系統的な解析により、16の沈み込み帯の30セグメントにおいて、スラブ表面に対する地震度の二峰性の分布が二重地震帯と一致する証拠が見つかった(Brudzinski et al., 2007)。 この結果は、玄武岩とアンチゴライトの脱水により、それぞれ上部と下部で脱水脆化が起こることと矛盾しない(Brudzinski et al., 2007).
図14． 東北地方太平洋沖地震における熱構造、予測される岩石学的性質、地震発生位置の関係を示す断面図。 (a)200°ごとに等温線が描かれた熱構造。 オフセット円は五十嵐ら(2001)から推定された応力状態を示す。 (b) 熱構造から予測される岩石学的特徴と震源位置の比較。 二重地震帯の下部は蛇紋岩の予測された位置に沿っている。 沈み込むスラブにおける中深度地震は変成脱水反応に関連するか？ という問いかけがあった。 http://dx.doi.org/10.1029/2001JB001129.
焦点メカニズムから、大部分の地震性二重帯は上層帯の下降型圧縮と下層帯の下降型引張と一致することがわかった。 これは、スラブがオーバーライドするリソスフェアの下でまっすぐになる際に生じる曲げのない応力のモデルと一致し、このモデルはダブルゾーンを引き起こす応力の従来の説明となった（例えば、Isacks and Barazangi, 1977; Kawakatsu, 1986）。 しかし、ダブルゾーンの地震活動は、スラブがまっすぐになった後も続いている。 おそらく、軽微な弛緩が関与している可能性がある。 さらに、アラスカ (Abers, 1992) とニュージーランド (Robinson, 1986) のダブルゾーンは、両層ともダウンディップテンションであるが、メキシコ (Pardo and Suarez, 1995) とチリ北部 (Comte and Suárez, 1994) では、上部ゾーンがダウンディップテンション、下部ゾーンがダウンディップコンプレッションであるようにみえる。 東北日本では、Igarashi et al. (2001)が、下降圧縮の上部面より5〜10km上方に第3の地震面を検出し、この第3の地震面は下降スラブ上面の直下にあるようである。 これは、深さ30〜60kmの下降スラブ上面付近のプレート間低角スラスト地震からなり、深さ60〜110kmの上部地殻内のプレート内正断層（ダウンディップテンション）メカニズムに移行する（Igarashi et al.、2001; Kita et al.、2006)。 カムチャッカでも同様の 3 面帯が存在する可能性があり、Gorbatov ら (1994) は最上部 (3 面) に Down-dip tensional イベントと類似したイベントをわずかながら発見している。 このように、スラブ表面周辺には、大規模なプレートの非屈曲だけでは説明できない伸長応力が存在するはずである。 すなわち、最上部 (第 3 面) の伸長応力状態はエクロジャイトの形成に関連し、他の面の応力状態はアンベンディングによるところが大きい可能性がある (Kita et al., 2006; Wang, 2002)。 Kita et al. (2010) は、東北日本のスラブ焦点メカニズムの応力方位を反転させ、下降圧縮層と下降伸長層の間の中立面の位置を推定した。 その結果、北海道では東北地方よりもスラブ表面下の中立面が浅く、北海道下の準安定カンラン石ウェッジが小さく発達していないため、スラブの引っ張りによる中間深度の一般的な下降伸長を打ち消す浮力が小さくなっていることが示唆された。 Kao and Chen (1994)は、カムチャッカ二重帯の下部平面の原因となっている圧縮は、上部マントルの底部から中間深度まで伝達されると提案した。
多くの二重帯について、下部地震帯が沈み込むマントル岩石層の深部にあることは明らかで、もともと乾燥した海洋マントル岩石層がどのようにして水和するかという疑問が出てくる。 Peacock (2001)は、アウターライズと海溝の屈曲に伴う正断層が、海洋リソスフェアに数十kmに及ぶ水の浸潤を可能にすることを示唆した。 少なくとも深さ 20 km に及ぶ屈曲正断層が存在する証拠は、中米海溝に沿った地点で見られる (Ranero et al., 2003)。 中米海溝で沈み込むスラブに含まれる水の量を推定すると、蛇紋岩化したマントル部分にはスラブの地殻部分と同量の化学結合水が含まれている可能性がある（Ranero et al.、2003）。 さらに，このような断層の方向性のパターンは，中米やチリの沈み込み帯における中間深度の地震活動のパターンと類似している（Ranero et al,
Hackerら（2003）は、4つの沈み込み帯（カスケディア、南海、コスタリカ、東北）の中深部地震活動の形態と、スラブ年代と熱構造から予測される含水鉱物の位置と含水量を比較検討した。 地震動の深さと形状は、予測されたいくつかの含水相の分布と一致した。 最も低温な東北地方では、地震活動の二重平面がスラブの低温核を取り囲んでいる。ゾーンは互いに接近し、ほぼ等温線に沿っているが、実際には浅い角度でそれらを横切っている（Kita et al.） 最も安定な含水相の一つであるアンチゴライト・セルペンティナイトは、中間深度の低温スラブの主成分であり、200 km程度まで徐々に脱水すると考えられている。 Yamasaki and Seno (2003) は、6つの沈み込み帯の二重地震帯を解析して、同様の結果を得ている。 これらの研究は、おそらく250kmまでの中間地震のメカニズムとして脱水脆化を強く支持するものである（Hackerら, 2003、Yamasaki and Seno, 2003）。 二重地震帯は、おそらく2つの層が離れているため、より冷たいスラブで検出されやすいようである
二重地震帯は、深さ300km以下でも観測されている。 Wiensら（1993）はP、pP、PKP到着で震源を再配置し、トンガで350から460kmまでの深い二重地震帯を解決し、二つの層を約30km隔てていることを明らかにした。 トンガの二重帯の応力状態は、中深度での典型的な応力状態とはほぼ逆である。 Iidaka and Furukawa (1994) は、スラブ上部境界のS-P変換相を用いて、伊豆小笠原沈み込み帯に約25km離れた2つの平面を検出した。 この二重帯は深さ約300〜450km、すなわち伊豆小笠原スラブでは200〜300kmという異常な浅さに発生する地震度最小値の下に広がっている。 上層はスラブ上面から15-20kmのところにある。 この二重帯は、Iidaka and Suetsugu (1992) が移動時間からスラブの地震的に遅い核を推定したのと同じ領域に発生する (Green and Houston, 1995 の議論参照)。 これらのケースはいずれも準安定なカンラン石の楔の上下の縁に変形断層があることの証拠と解釈された (Iidaka and Furukawa, 1994; Wiens et al., 1993)。 準安定楔によるモデル応力とトンガの深部二重帯の特性との比較は、下部地震帯が仮説上の準安定楔のかなり下に存在する可能性を示唆し、それは2つの破壊メカニズムの作動を意味する（Guest et al.、2004）
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