加勒比-南美洲（Caribbean-South America）俯冲带是一个平板俯冲带，在梅里达安第斯（Merida Andes）山脉、佩里哈（Sierra de Perija）山脉和圣玛尔塔（Santa Marta）山脉之间出现了类似北美拉腊米（Laramide）的增厚隆升构造。大地测量和历史地震活动显示，该地区正在积累应变能量，并且有可能发生特大地震（震级≥8.0级）。此前对该地区岩石圈和上地幔的地震研究要么范围非常大，要么局限于较小的局部区域，要么只是涉及该地区的周边地带；因此，加勒比板块在马拉开波地块（Maracaibo block）下方的俯冲几何形态的细节仍不清楚，亟待深入研究。
为解决这一科学问题，中国地震局地球物理研究所苗文培助理研究员等，使用了由加勒比—梅里达安第斯地震实验（CARMA）获取的一组新数据，其中包括来自哥伦比亚和委内瑞拉国家地震台网的65个临时宽带地震台站和44个永久台站，开展了此地区的背景噪声与远震直达瑞利波层析成像研究（图1）。研究采用首创的两步反演机制，完美解决了在联合反演过程中短周期数据集和长周期数据集误差权重分配问题，获得了背景噪声瑞利波Z/H比值、8-30秒频带内的相速度以及远震事件30-80秒频带内的直达瑞利波相速度，以此构建了一个位于西经75°~ 65°、北纬5°~12°之间区域的三维横波速度模型（图2）。该模型既对沉积层有较好约束，又对上地幔结构有足够分辨率。首先，模型显示从海沟向东南方向地壳厚度总体上呈增加趋势。一个异常区域是马拉开波湖（Maracaibo Lake），其下方是该地区最薄的结晶地壳。这一观测结果可能表明马拉开波地块在地壳内部正在经历扭曲变形，具有发生大震的风险性。另外，横波速度模型显示在奥卡-安孔断层（Oca-Ancon fault, OAF）下方发现与加勒比板块运动方向成60°夹角的低速异常，可能为地幔热物质沿板块撕裂上涌形成的低速异常体，为加勒比板块撕裂提供了地球物理学证据（图2c, d）。在俯冲的加勒比板块上方发现一个高速异常区，它很可能代表着从马拉开波地块底部脱离出来的一片经历了榴辉岩化的加勒比大火成岩省（Caribbean Large Igneous Province）的碎块（图2a, b），并根据三维模型中的快慢速度异常补充了加勒比-南美洲俯冲带0-10 Ma之间的板块构造历史（图3）。
图1 （a）研究区域及其主要地表地质构造和板块构造背景；（b）本研究中所使用的远震事件；（c）研究区的地震活动情况
图2 横波速度模型中得到快慢速度异常的三维视图
图3 二维卡通示意图揭示加勒比大火成岩省从上覆马拉开波地块脱落以及加勒比板块后撤过程
研究利用背景噪声与远震面波联合反演，获得了加勒比-南美洲板块俯冲带的高分辨率横波速度模型，研究成果可广泛应用于地质研究相关行业。对于地震研究部门，有助于深入了解板块俯冲带特征，可为华北地区整个上地幔精细结构研究提供技术和理论支撑。该成果2024年发表于学术期刊《Geochemistry, Geophysics, Geosystems》（Miao, W., Cornthwaite, J., Levander, A., Niu, F., Schmitz, M., Li, G., et al. (2024). 3D shear velocity structure of the Caribbean—northwestern South America subduction zone from ambient noise and ballistic Rayleigh wave tomography. Geochemistry, Geophysics, Geosystems, 25, e2024GC011612. https://doi.org/10.1029/2024GC011612）。研究受美国NSF EAR 1459047、DQJB23R28、42304078、U1839210和42104043项目共同资助。
【作者简介】
苗文培，地球内部物理研究室，综合地球物理成像与孕震环境研究学科组，助研。研究方向：多数据集联合反演、壳幔各向异性研究、浅地表精细结构以及地下介质速度变化研究。以第一作者在EPSL、GRL、G3和EQS发表文章四篇。
