厚皮逆冲带内山间盆地的微震活动与活跃变形：阿根廷西北部中央安第斯山脉东科迪勒拉地区的莱尔马谷

《Tectonophysics》：Microseismicity and active deformation in an intermontane basin within a thick-skinned thrust belt: The Lerma Valley of the Eastern Cordillera in the Central Andes, north-western Argentina

　　

• 微震活动达到莫霍（Moho）深度，表明存在干燥的麻粒岩质（granulitic）下地壳。
• 一个在15公里和25公里深度处西倾的拆离系统（detachment system）驱动着近期的北北西-南南东（NNW-SSE）缩短。
• 两个地震群与2010年矩震级（M_w）6.1萨尔塔地震在空间上对应。

研究背景、问题与意义：南部中央安第斯山脉是纳斯卡板块与南美板块汇聚导致的显著地震活动区，但东科迪勒拉地区莱尔马谷的微震记录有限，存在数据空白。该谷地第四纪构造活动证据广泛（如褶皱河流阶地、变形冲积扇、液化构造），但仅有2010年M_w6.1萨尔塔地震被仪器记录。先前研究推测存在深度约15km和25km的两个拆离系统，但缺乏高分辨率微震约束。研究人员为此部署临时地震网络LeVaRIS，以评估东科迪勒拉变形向东传播的机制，填补关键数据空白。论文发表在《Tectonophysics》。研究结论：微震活动达到莫霍深度，表明干燥麻粒岩下地壳；两个西倾拆离系统（15km和25km）驱动缩短；地震群与2010年萨尔塔地震空间对应；整个地壳具有地震活动性；继承性白垩纪裂谷构造被活化。意义在于首次提供高分辨率证据，揭示莱尔马谷持续微震活动，细化活动构造框架，为地震危险性评估提供基础。

主要技术方法：研究人员于2017年8月至2018年10月部署临时地震网络LeVaRIS（覆盖莱尔马谷中部和北部约80km×30km，13个月），使用Lennartz 3D/5s三分量传感器和Mark L4C-3D传感器，采样率100Hz。定位采用HYPOSAT软件，结合SBS-Zeckra速度模型与全球模型，基于至少3个P-S波对。震源机制使用FOCMEC软件，基于极性读数（至少4个P波和最多SH波极性）。速度模型反演使用VELEST软件，基于96个事件走时。伪Wadati图分析获取vp/vs比值。波形互相关进行聚类分析。

研究结果：
5.1 伪Wadati图：通过线性回归分析LEVARIS走时数据，获得vp/vs=1.65±0.03，偏离标准值1.73，表明低vp/vs比值。
5.2 事件分布：LEVARIS目录共1076个事件，其中605个稳定解，351个中深源，254个浅源（深度≤60km），震级0.5-5ML，多数为2-3ML。
5.2.1 中深源事件：深度60-700km的地震广泛分布于普纳高原、东科迪勒拉和圣巴巴拉系统，北部边界出现一个先前已记录的集群（普纳集群），震级1-5ML。
5.2.2 中地壳、莫霍区及莫霍以下事件：深度40-60km的地震在南北向存在差异，北部频率更高；北部出现莫霍或亚莫霍事件，深度约束良好；地震深度分布呈双峰模式，峰值在16.9km和33.2km，地震矩密度峰值在34.9km。
5.2.3 浅源事件：主要集中于东科迪勒拉和圣巴巴拉系统之间，扎普拉山脉出现一个集群，莫霍托山脉南延存在线性排列，深度约15km，震级1-2.5。莱尔马谷西北侧帕斯查山脉有两个集群，莫霍托山脉东侧浅源事件延伸至西安卡谷。
5.3 莱尔马谷内事件：谷内13个浅源地震，9个获得稳定震源机制解，震中定位误差良好（浅源事件半长轴3.5km）。事件wv05为最高质量解。
5.4 聚类分析：识别出两个集群（簇1和簇2），各含8个浅源事件。簇1深度7.5-12.4km，簇2深度11.7-14.7km，震级低，互相关系数0.5-0.9。簇1位于2010年萨尔塔地震10km半径内，可能代表晚期余震活动。
5.5 震源机制分析：机制解主要为逆断层，发生在谷内两个集群。剖面A-A′显示高角度逆断层倾向东和西，深度约15km和25km存在两个地震层面，与先前推断的拆离系统一致。
5.6 本地速度模型：基于96个事件反演获得5层结构：未固结沉积层（5km，v_p=5.23km/s）、固结沉积层（3km，v_p=5.35km/s）、上地壳（12km，v_p=5.44km/s）、中地壳（25km，v_p=5.51km/s）、下地壳（5km，v_p=7.28km/s），上地幔v_p=7.71km/s。vp/vs=1.65，整体速度低于北部模型。

讨论总结：LEVARIS目录深度不确定性显著低于区域研究，归因于密集网络和精细处理。速度模型显示整体较慢的地壳速度，下地壳层厚5km，上地幔速度较低，可能为渐变带而非尖锐莫霍面。震源机制表明高角度逆断层主导，簇1和簇2的空间分布与2010年萨尔塔地震破裂面相关，符合奥莫里定律的余震衰减。两个拆离系统（15km和25km）的存在得到双峰深度分布支持，较深拆离位于25km（而非35km峰值），对应脆-韧性转换带。下地壳脆性变形归因于白垩纪岩浆和变质过程导致的脱水强化，从萨尔塔裂谷区麻粒岩包体得到支持。继承性构造活化在安第斯其他地区（如潘帕山脉、哥伦比亚东科迪勒拉）也有类似表现，表明地壳流变继承性比俯冲几何更关键。

研究结论翻译：对阿根廷东科迪勒拉南部的地震活动、震源机制和构造应力场的分析提供了厚皮构造体制的强力证据，其特征为深度约15km和25km的双层拆离系统。这一构造配置与早期假设一致，并与相邻圣巴巴拉系统破碎前陆的拆离系统兼容。通过提供地震活动、变形带和地壳速度结构的全面详细分析，研究成果为莱尔马谷地区的地震构造复杂性以及安第斯造山运动期间变形驱动力提供了宝贵见解。东科迪勒拉的地震活动延伸至莫霍深度，表明干燥的麻粒岩下地壳。这种深部脆性变形得到岩石学证据支持，可能由白垩纪岩浆和变质过程预条件，这些过程使地壳脱水强化，导致其在安第斯挤压下断裂而非塑性变形。下地壳的预条件与地震活动模式与安第斯及其他地区具有复杂变形历史和继承性地壳流变性的地质省观察一致。结合大量新构造证据和地貌特征，地震活动模式和震源机制清楚表明，活动地震变形是东科迪勒拉和破碎前陆新生代安第斯造山运动的长期特征。应力释放主要通过拆离断层上的运动容纳，盆地向西北边缘的集群地震事件（深度约15km的稳定震源表现为逆断层）证实了这一点。垂直于区域走向的震源投影进一步勾勒出两个不同断层面。盆内震源机制解反映这种变形，最稳健约束事件发生在深度21km，靠近盆地向西南边缘的一个地震集群。这些震源以逆断层为主，偶尔有走滑分量，指示斜向的北东-南西向区域应力场影响。由96个精确定位事件约束的地壳速度模型与先前研究高度相似，可划分五个主要结构层：上部固结差的沉积层（5km）、下部固结沉积单元（3km）、上地壳层（12km）、中地壳层（10km）和下地壳段（20km），后者细分为两个厚度15km和5km的单元。这种分层提供了向西缓倾的上部拆离的存在证据，该拆离与陡倾的、运动学再活化的张性断层相连。深部构造和浅层地震断层使收缩应力从板块边界有效传递至东科迪勒拉和前陆。重要的是，数据明确记录了阿根廷东科迪勒拉南部整个地壳具有地震活动性。地震网络数据首次提供了高分辨率证据，表明莱尔马谷沿15km剪切带存在持续微震活动。这种微震活动、2010年M_w6.1萨尔塔地震破裂面以及新构造地表表现的空间重合，强调东科迪勒拉是构造活跃的。事件集中、结构野外观测和地震反射数据表明，先前存在的构造（萨尔塔裂谷）发生地震再活化，在人口密集的盆地正下方具有产生中等至强烈浅源地震的潜力。这些结果强调了深部变形过程与近地表断裂之间的复杂相互作用，细化了区域活动构造框架，并为未来地球物理调查和灾害评估提供了坚实基础。