希腊科林斯与萨罗尼科斯湾地壳结构对比研究：揭示俯冲带后弧扩张与大陆裂谷的深部差异

《Geophysical Journal International》：Contrasting crustal structure beneath the Saronic and Corinth Gulfs central Greece

本刊推荐：为阐明希腊中部科林斯裂谷与萨罗尼科斯火山弧的差异构造机制，研究人员通过220公里广角地震剖面联合35台海底地震仪与4台陆地台站数据，首次揭示了两区域莫霍面深度（科林斯32公里 vs 萨罗尼科斯19-21公里）、上地幔速度结构（Pn值8.0 km/s vs 7.5-7.6 km/s）及岩浆侵入模式的系统性差异。该研究为理解爱琴海俯冲带后弧扩张与大陆裂谷相互作用的深部过程提供了关键约束。

　　

在地中海东部，希腊中部的科林斯湾和萨罗尼科斯湾如同地质学家眼中的"双子实验室"，虽然地理相邻却展现出截然不同的"性格"。科林斯湾是欧洲扩张最快的大陆裂谷，每年以5-15毫米的速度撕裂着地表，而萨罗尼科斯湾则是爱琴海火山弧的西北边界，分布着埃伊纳岛、苏萨基等第四纪火山。这两个海湾被仅6.5公里宽的科林斯地峡连接，看似一体，但地震活动性却天差地别——科林斯湾频繁发生6级以上破坏性地震，而萨罗尼科斯湾仅记录到中小规模震群。这种强烈的对比吸引了国际地学界的目光，因为这里正是非洲板块向欧亚板块俯冲产生的爱琴海微板块与欧洲大陆相互作用的前沿阵地。

为了揭开这对"地质双子"的深部秘密，由希腊海洋研究中心、汉堡大学和雅典大学组成的联合团队实施了一项雄心勃勃的深部探测计划。研究人员布设了一条220公里长的地震剖面，从米尔托翁海经萨罗尼科斯湾、科林斯地峡延伸至科林斯湾北部，使用35台四分量海底地震仪（OBS）和4台三分量陆地台站，以120米点距记录48升气枪阵列的震信号。这项发表在《Geophysical Journal International》上的研究，通过初至波层析反演、运动学与动力学射线追踪以及叠前深度偏移等先进技术，绘制了迄今为止该区域最精细的深部结构图像。

关键技术方法包括：广角反射折射地震（WARRS）技术获取共接收点道集（CRGs），初至波层析反演建立初始速度模型，改进的SEIS83软件进行运动学射线追踪和Zoeppritz方程振幅计算，以及Pilipenko和Makris开发的叠前深度迁移（PSDM）算法提高构造分辨率。数据覆盖范围达到35公里深度，射线密度分析显示中央区域每个网格单元（2km×1km）有80-240条射线穿过，关键界面反射射线数超过85条/网格长度，确保了模型的可靠性。

速度模型开发与验证

研究人员首先通过初至波层析反演获得了上地壳10公里以内的初始速度模型，随后采用自上而下的层析方法逐步优化。最终模型显示科林斯湾沉积层（V_p1.7-3.4 km/s）最大厚度达2.5公里，而萨罗尼科斯湾仅0.2-1公里。模型准确性验证表明莫霍面深度误差在±1公里以内，速度值精度优于3%。射线密度分布图证实中央区域约束良好，而剖面两端因炮点覆盖不足分辨率较低。

地壳与上地幔结构差异

最惊人的发现是两地莫霍面深度的显著差异：科林斯湾下方向西增至32公里，而萨罗尼科斯湾仅19-21公里。上地壳厚度同样对比鲜明——科林斯湾约10公里，萨罗尼科斯湾仅5公里。更深入的分析揭示萨罗尼科斯湾下存在低速上地幔楔形体（V_p7.5-7.6 km/s），延伸至34公里深度，而科林斯湾下方Pn速度正常（8.0 km/s）。该低速体被解释为从基克拉泽斯区域侵入的软流圈物质，驱动着火山活动。

主要构造特征

研究识别出两条大型伸展拆离断层：西北部的伊泰亚-阿姆菲萨拆离断层（Itea-Amfissa Detachment）落差超过2000米，东南部的北阿提卡-南埃维亚拆离断层（Northern Attica-Southern Evia Detachment）将基克拉泽斯变质核杂岩（Cycladic Metamorphic Core Complex）与希腊推覆体分隔。在科林斯地峡附近发现一系列倾向北东、倾角40-50°的正断层，落差1-1.5公里。米尔托翁盆地内还识别出两处逆冲构造（T1、T2），倾角分别为35°和20°。

岩浆系统特征

在埃伊纳和苏萨基火山下方发现明显的岩浆侵入证据，表现为V_p6.4-6.9 km/s的高速体上涌至5-6公里深度。叠前深度迁移图像显示火山区域地壳反射性增强，指示岩浆通道的存在。热流值90-120 mW/m2与低速上地幔特征一致，证实了该区域的热异常。

研究结论部分强调，这种深部结构差异直接控制了两地区的构造演化模式：科林斯裂谷受脆性地壳破裂驱动的横向伸展系统主导，而萨罗尼科斯域则受岩浆上涌和热触发变形控制。低速上地幔楔从基克拉泽斯向西北方向楔入，至科林斯地峡尖灭的空间分布，完美解释了为什么火山活动仅限于萨罗尼科斯区域。该研究首次通过高分辨率地震数据证实了俯冲带后弧扩张与大陆裂谷作用在深部结构上的本质差异，为理解板块汇聚边缘的变形分配机制提供了关键深部约束。