东北太平洋新生俯冲带应变分区薄片与初始巨型逆冲断层的震波成像研究

研究人员通过高分辨率震波反射成像技术，揭示了加拿大海达瓜依近海转换型板块边界（QCPB）的应变分区机制。研究发现海达瓜依逆冲断层（HGT）作为贯穿性板块边界滑脱面，证实了2012年Mw7.8地震的破裂面，并首次捕捉到太平洋板块向北美板块下方初始俯冲的构造证据。该成果为理解俯冲带起始机制和板块边界应变分配提供了关键实例，对评估东北太平洋地震海啸风险具有重要意义。

　　

在浩瀚的东北太平洋海域，隐藏着一个正在孕育中的地质奇观——海达瓜依转换型板块边界（QCPB）。这条分隔太平洋板块和北美板块的边界，每年以约55毫米的速度滑动，不仅是强震频发的危险地带，更可能是现代俯冲作用起始的绝佳实验室。然而，这个区域长期缺乏高分辨率的地壳结构成像，科学家们对板块边界如何调节斜向汇聚、是否已形成初始俯冲等关键问题争论不休。

为揭开这一谜团，研究人员在2021年开展了"海达瓜依转换断层与地震研究"（TOQUES）项目。通过先进的多道震波反射（MCS）技术，团队获取了跨越500公里板块边界的3050公里高分辨率数据。研究发现，海达瓜依阶地（QCT）下方存在一个向东倾斜的低角度滑脱面——海达瓜依逆冲断层（HGT），其顶部覆盖着正在俯冲的洋壳和沉积物。这个贯穿性断层正是2012年海达瓜依M_w7.8逆冲型地震的破裂面，延伸超过180公里，深度达8-12.5公里。

关键技术方法包括：使用6600立方英寸气枪阵列和15公里长拖缆采集数据；采用LIFT方法进行噪声压制；通过叠前时间偏移（PSTM）建立速度模型；运用多次波衰减技术提高成像质量。这些方法成功揭示了深达7.5秒双程走时的精细结构。

【结构解释：太平洋板块】数据显示太平洋板块向东倾斜，沉积层厚度从0.4增至2.3秒双程走时，发育大量正断层。在接近变形前缘处，可见与QCT变形相关的原逆冲构造。

【QCT浅部结构】QCT外坡发育多组逆冲断层，内坡则以倾斜的连续地层为主。生长地层分析表明该区域经历多期构造活动，断层均汇入深部滑脱面。

【深部构造】关键发现是两个向东倾斜的反射面：上部为分隔QCT与俯冲物质的滑脱面（HGT），下部为俯冲洋壳顶面。两者之间夹有1-2公里厚的沉积层，证实了太平洋板块的主动俯冲。

【QCF特征】海达瓜依断层（QCF）呈现近垂直（85.7°-89°）的走滑性质，损伤带宽度370-820米。东侧北美陆架变形较弱，显示其作为构造"后挡"的作用。

【讨论：新生巨型逆冲断层】HGT作为连续滑脱面，可解释2012年地震的破裂机制。其9°-13°的倾角小于接收函数得出的15°-30°，暗示向陆方向可能变陡。

【应变分配机制】QCT实质是应变分区的薄皮构造楔形体：西缘逆冲断层吸收汇聚分量，东缘QCF调节走滑分量。这种结构类似于普伊塞古尔等斜向俯冲带，但成熟度较低。

【俯冲起始意义】该研究首次直接观测到转换边界向俯冲带的转变过程。尽管缺乏俯冲带典型特征（如火山弧、贝尼奥夫带），但应变快速分区（约600万年内）和板块边界剪切带的形成，标志着俯冲起始的高效性。厚层沉积物的存在可能加速了这一过程。

这项发表于《科学进展》的研究，不仅为理解板块边界演化提供了天然实验室，更警示我们：这个新生俯冲系统可能孕育更大规模的逆冲型地震和海啸。随着太平洋板块持续俯冲，海达瓜依可能在未来800-2500万年内发展为成熟的俯冲带，为地球科学家提供了一个观测俯冲带"童年期"的珍贵窗口。