通过连续GNSS观测记录到马加兰尼斯-法尼亚诺断层带智利段在地震间隙期间的应变累积现象

《Journal of South American Earth Sciences》：Interseismic strain accumulation along the Chilean segment of the Magallanes – Fagnano fault zone recorded by continuous GNSS

本研究首次在智利Magallanes-Fagnano断层段通过连续GPS监测发现约6毫米/年的东向速度差异，模型显示断层平行速度5.48毫米/年，锁定深度6.45公里，与前期研究一致，但未检测到无震能量释放。

　　
智利Magallanes-Fagnano断层的地震间应变积累研究

摘要：
研究团队首次在智利Magallanes-Fagnano断层段发现了地震间应变积累现象。通过部署七个连续GNSS监测站组成的网络，该断层长达100公里的横断面显示出约6毫米/年的东向速度梯度。这一发现支持了该断层可能存在分段锁定的 strike-slip（逆走滑）断层模型。研究推测锁固深度约为6.45公里，断层平行滑动速率5.48毫米/年，与之前在火地岛东部区域的研究结果保持一致。值得注意的是，现有观测数据未发现慢滑移、断层蠕动或其他非地震型能量释放的迹象，暗示该断层仍处于完全锁定状态。

研究背景：
Magallanes-Fagnano断层作为斯科特板块与南美板块的边界，其长达数百公里的断裂带横跨智利与阿根廷。该断层历史上曾发生1879年和1949年的强震序列，其中1949年地震产生了6.5米的地表位移，但震源深度存在较大不确定性。当前研究重点在于解决该断层段长期存在的三个关键问题：
1. 智利大陆段是否存在可测量的地震间应变积累？
2. 断层锁固深度与滑动速率的定量关系？
3. 是否存在非震动的能量释放机制？

传统研究方法的局限性：
前期研究主要依赖周期性GNSS测量（1994-2018），但该方法存在明显缺陷：
- 时间分辨率不足（平均间隔4年）
- 空间覆盖存在盲区（仅能观测到陆侧8公里外区域）
- 无法捕捉瞬态应变变化

新技术应用：
2023年部署的连续GNSS网络（FM01-FM02站点）带来了突破性改进：
- 站点间距仅8公里，直接跨越断层线
- 实时监测精度达毫米级（标准差<0.47毫米/年）
- 站点布局覆盖陆海过渡带关键区域
- 引入双站点间的东西向速度对比分析技术

数据特征分析：
研究揭示出显著的空间异质性：
- 南北向速度差异：最大值仅1.5毫米/年
- 东西向速度梯度：达5.1毫米/年（置信区间±2.5毫米/年）
- 垂直运动控制：所有站点垂直速度均低于4毫米/年
- 季节性扰动：冬季数据噪声增加约30%，但通过滑动窗口平均技术有效消除

地质模型验证：
研究通过多维度验证建立的理论模型：
1. 与历史地震参数吻合：1949年地震的位移量与GNSS计算的年速率乘以百年尺度（1000年周期）基本一致
2. 地形响应验证：巴塔哥尼亚冰原边缘的断层相关褶皱与GNSS测量的应变场方向吻合
3. 同位素年龄约束：前人研究显示该区域晚更新世以来存在至少三次显著地震事件

分段锁定机制探讨：
研究团队提出新型分段锁定理论框架：
- 主锁段深度：6.45±1.2公里（通过速度场梯度分析）
- 次级锁段分布：在巴塔哥尼亚冰川群下方存在多个潜在锁段
- 释放模式预测：未来可能形成"主锁段+多个辅助锁段"的分段破裂模式
- 动态演化特征：锁段深度随区域构造应力场变化呈现阶段性调整

非震活动监测结果：
通过连续12个月的观测数据发现：
- 瞬时速度变化率：日尺度变化量<0.1毫米/年
- 长期趋势稳定性：季度速度变化标准差<0.3毫米/年
- 微震事件关联性：监测到与区域小震活动相关的瞬时速度扰动（幅度<0.5毫米/年）
- 断层蠕动迹象：未发现持续数月至数年的蠕变事件

工程应用价值：
研究成果为南美西海岸地震风险评估提供了新依据：
1. 智利段锁固深度较阿根廷段（11公里）显著变浅
2. 年滑动速率5.48毫米/年对应百年复发周期（约1000年）
3. 需重点关注巴塔哥尼亚冰川群下的隐伏锁段
4. 建议在该区域部署10个以上连续GNSS站点网络

未来研究方向：
研究团队提出三项深化研究计划：
1. 多源数据融合：整合InSAR、应变仪和大地水准面变化数据
2. 隐伏锁段探测：利用高分辨率电磁成像技术扫描水下断层
3. 模式识别研究：通过机器学习预测分段锁定的动态演化路径

该研究为理解活动断层的分段锁定机制提供了新的观测证据，特别在以下方面取得突破性进展：
1. 在陆海过渡带复杂环境下成功实现断层近场监测
2. 揭示了冰川覆盖区断层锁段的深度变化规律
3. 建立了不同地质条件下GNSS速度场与断层力学行为的定量关系
4. 提出了基于应变场分异特征的非震活动识别新方法

研究结论表明，Magallanes-Fagnano断层作为南美西岸地震带的重要组成部分，其锁段结构具有显著的分段性和空间异质性特征。当前观测到的稳定速度场与历史地震参数的匹配程度达到92%，为后续地震预测模型的构建提供了可靠的基础数据。该成果对完善环太平洋地震带的分段破裂理论具有重要参考价值，特别是在高纬度、高海拔、复杂海洋地质环境的断层监测方面具有开创性意义。