《Quaternary Science Reviews》：Event beds in the northern Ecuadorian trench: characteristics, sources, recurrence, and paleoseismic significance
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海底斜坡失稳可诱发沉积物重力流，将沉积物从大陆坡搬运至海沟盆地，形成可记录过去海底扰动事件的地层“事件层”。在活动汇聚边缘，震后沉积记录是重建地震目录、约束破裂位置、复发周期及震级的重要途径。然而，厄瓜多尔北部边缘属于沉积补给受限的俯冲侵蚀型边缘，其海沟充填物
海底斜坡失稳可诱发沉积物重力流，将沉积物从大陆坡搬运至海沟盆地，形成可记录过去海底扰动事件的地层“事件层”。在活动汇聚边缘，震后沉积记录是重建地震目录、约束破裂位置、复发周期及震级的重要途径。然而，厄瓜多尔北部边缘属于沉积补给受限的俯冲侵蚀型边缘，其海沟充填物较薄，缺乏大型峡谷系统，这为识别地震触发的事件层及评估其区域分布和触发机制带来了挑战。本研究整合了四个活塞岩芯（KAT23、KAT22、KAT21、KAMA03）和约200公里浅地层剖面数据，对厄瓜多尔北部海沟七个次级海盆中的事件层进行了系统分析。研究人员根据岩芯中识别的七种沉积相（F1–F7）将事件层划分为单脉冲浊积岩（STu）、多脉冲浊积岩（MTu）、复合浊积岩（ATu）、火山碎屑浊积岩（VTu）以及碎屑流–浊积岩偶联体（DT）。通过对沉积结构、痕量化石组合、底栖有孔虫组合、岩芯物理性质和地球化学特征的整合分析，研究人员建立了事件层的沿走向对比关系，确定了物源区及斜坡至海沟的搬运路径。结果表明，北部海盆以较厚但频率较低的MTu–ATu沉积为主，物源主要来自中—下陆坡；南部海盆则以较薄但频率较高的STu为主，物源主要来自上—中陆坡。基于放射性碳测年和事件模型年代—深度模拟，研究人员在约5千年间识别出45个事件层。八个海缘尺度的MTu–ATu及DT偶联体的平均复发间隔为577（+240/?239）年，与1906年型（Mw≥8）海缘破裂的约600年复发周期估计一致；29个海盆尺度的STu的平均复发间隔为139（+243/?279）年，与Pedernales、Cabo Pasado和Jama耦合斑块上Mw≥7地震的数十年至百年尺度复发规律相符合。浅地层剖面还额外识别出九个DT偶联体，估计年龄跨度约17千年，其分布与低海平面和高海平面时期均有对应，表明海平面变化是调制因素而非主要控制因素。这项研究表明，即使沉积补给受限的海沟盆地，只要综合考虑沉积物供给、构造预定、事件层保存和非地震触发机制，仍可保存有价值的古地震档案，为校准破裂模型和评估高震级地震的长期复发行为提供关键数据。
# 厄瓜多尔北部海沟事件层的沉积特征、物源示踪与古地震意义
## 一、研究背景与研究意义
在活动汇聚板块边缘，海底斜坡失稳引发的沉积物重力流可将陆源物质搬运至深海海沟环境，形成具有地层记录意义的事件层。事件层作为过去海底扰动的沉积档案，可为重建长期地震目录、约束大地震的破裂位置、复发周期及震级提供关键地质证据。传统的浊积岩古地震学研究多集中于增生型俯冲边缘，这类环境通常具有充足的沉积供给和良好的保存条件。然而，在沉积补给受限的俯冲侵蚀型边缘，如厄瓜多尔北部—中部海域，大陆坡因接近临界楔形体而更易失稳，海沟充填物则较为贫瘠。这种特殊的地质背景使得事件层的形成机制、空间分布和触发因素与增生型边缘存在显著差异，亟需深入研究。
厄瓜多尔北部边缘位于纳斯卡板块向西北美板块俯冲带前缘，卡内基海岭、加拉帕戈斯热点相关海山以及Galera和Atacames碰撞带的俯冲作用强烈控制着该区域的海沟形态、地震耦合特征和沉积物搬运路径。20世纪以来，该区域已记录了五次大地震，包括1906年Mw 8.6–8.8特大地震。然而，历史地震记录仅覆盖百余年时间尺度，远远无法约束该俯冲带的长期破裂行为。Migeon等人（2017）在Esmeraldas峡谷口附近站位识别出与历史地震对应的浊积岩记录，但受限于空间覆盖和沉积环境差异，厄瓜多尔北部海沟的事件层是否完整记录了区域地震历史、其触发机制和复发规律如何，仍缺乏系统评估。
基于上述问题，本研究利用2012年ATACAMES和2005年AMADEUS航次获取的高分辨率多波束测深数据、约200公里浅地层剖面（Chirp）资料以及四根约10米长的活塞岩芯，在厄瓜多尔北部海沟七个次级海盆（SB1–SB7）中开展事件层沉积学、微体古生物学、地球化学和年代学的综合研究，旨在：（1）表征并对比事件层的沉积特征和堆积样式，评估其与地震触发的关系；（2）利用底栖有孔虫组合和遗迹相约束物源区和斜坡至海沟的搬运路径；（3）基于放射性碳测年和事件模型建立年代框架，延伸古地震目录并评估该边缘的长期地震复发规律。该研究成果发表于《Quaternary Science Reviews》（第四纪科学评论）。
## 二、研究的技术方法
本研究采用多学科综合方法。具体而言，研究人员利用MSCL（Multi-Sensor Core Logger）对四根岩芯（KAT23、KAT22、KAT21、KAMA03，分别位于SB1、SB2、SB5、SB7海盆）进行高分辨率物理性质扫描（伽马密度（GRA）、磁化率（MS）、纵波速度（Vp）），配合SCOPIX X射线成像系统获得岩芯剖面高分辨率影像。地球化学分析采用AVAATEC岩芯扫描仪获取X射线荧光（XRF）元素强度数据，经中心对数比（CLR）变换后构建Ca/Ti、Ca/Fe、Zr/Rb等元素比值以判别物源和沉积环境。痕量化石鉴定基于岩芯表面观察和高分辨率X射线影像，结合底栖有孔虫组合分析（样品处理通过63μm和150μm筛网湿筛）约束物源水深。年代学框架建立在放射性碳测年（ARTEMIS加速器质谱仪，采用Neogloboquadrina dutertrei和Neogloboquadrina pachyderma混合浮游有孔虫样品，以ΔR=18±40年进行Marine20校准）和两层火山灰（ATA58、ATA59）等时标志层基础上，使用ChronoModel v3.4.2事件模型计算事件间无事件沉积速率并进行事件层定年。浅地层剖面的地震相分析将Sf1–Sf6六种地震相与岩芯岩性建立的对比关系，用于空间外推和识别区域不整合面。
## 三、研究结果
### 3.1 事件层与沉积相
四根岩芯中识别出八种沉积相（F0–F7）。根据堆积样式，事件层可划分为五类：单脉冲浊积岩（STu）、多脉冲浊积岩（MTu）、复合浊积岩（ATu）、火山碎屑浊积岩（VTu）及碎屑流–浊积岩偶联体（DT）。STu以单个连续的向上变细序列为特征，在南部海盆较常见且较薄；MTu包含2至5个叠加的粉砂—砂脉冲，在北部海盆中较厚；ATu仅一个（T16），厚度超过400厘米，具有超厚泥质尾部；VTu具有异常高的磁化率峰值，对应Cotopaxi和Atacazo火山喷发再搬运产物；DT偶联体由碎屑流上部直接覆盖浊积岩组成，仅在KAT23中识别出T16的底部的碎屑流部分。
### 3.2 遗迹化石与微体古生物
根据遗迹化石组合和底栖有孔虫组合，研究人员确立了物源区指示结果。四个岩芯中以Zoophycos和Nereites遗迹相占主导（约70–90%）。北部KAT23以Uvigerina–Pyrgo和Rhabdammina–Bathysiphon组合为主（约70%），指示中—下陆坡至海沟底部的深水物源；KAT22的四个组合比例较均匀，指示混合斜坡物源；南部KAT21以Valvulineria–Trifarina和Bolivina–Bulimina组合为主（超过75%），指示上—中陆坡浅水物源。遗迹化石的演替序列揭示了浊积岩沉积后海底底栖群落的生态演替过程，早期为机会主义物种（如Phycosiphon、Artichnus）的快速定殖，随后被平衡种（如Trichichnus、Chondrites）的深穿透潜穴系统所叠加取代。
### 3.3 岩芯间对比与年代学
基于地层学和沉积学标准，研究人员在四根岩芯间建立了可靠的对比关系，共识别出45个事件层（T01–T45），年龄跨度从公元1897年至公元前3403年。事件层平均复发间隔为120年（全部事件层）、139年方差（STu）和577年方差（MTu–ATu）。复发间隔直方图呈现从约150–220年（较老）到约70–100年，再回到约100–170年的时间变化趋势，中间存在约1500年的间隙。
### 3.4 浅地层剖面分析与空间外推
Chirp剖面沿海沟走向延伸，识别出Sf1–Sf6六种地震相，以及两个区域不整合面U1和U2。研究人员通过岩芯—剖面对比确认了九个DT偶联体（DT1–DT9），其中Sf5代表碎屑流（约4–25米厚）被Sf4代表的MTu–ATu浊积岩（约4–12米厚）覆盖。DT偶联体分布在低海平面和高海平面时期均有出现，但在快速海侵阶段较为稀少，表明海平面变化是调制因素。
## 四、讨论与结论
### 4.1 事件层的搬运与沉积过程
研究表明，MTu–ATu和DT偶联体的内部结构和堆积样式指示了单个复合事件内多个准同步流体的搬运沉积过程。未受扰动的脉冲间泥质沉积物表明脉冲间隔时间短暂（数小时至数天），而超厚泥质尾部（F5–F6）则代表了从悬浮云中持续数月至数年的渐进沉降过程。
### 4.2 物源区和斜坡至海沟的搬运路径
北部海盆的物源主要来自Galera碰撞带的中—下陆坡区域，沉积物沿Galera断层向SB1–SB2输送；南部海盆的物源主要来自上—中陆坡区域，通过沟道系统和Atacames海山俯冲后方的过陡斜坡向SB4–SB5输送。
### 4.3 触发机制
事件层的大范围空间对比性、事件的准同步性和复合事件内的时间滞后性共同支持地震触发是主要机制。Galera碰撞带的构造预定促进较大的斜坡失稳事件，形成MTu–ATu和DT偶联体；Atacames碰撞带的高破碎化环境更倾向于中小规模的斜坡失稳事件，形成STu。
### 4.4 复发周期与古地震意义
八个海缘尺度MTu–ATu的平均复发间隔577年与1906年型（Mw≥8）破裂的约600年周期一致；29个STu的平均复发间隔139年与Pedernales–Jama–Cabo Pasado耦合斑块上Mw≥7地震的复发规律相符。这意味着北部事件层可以记录Mw≥8的海缘大地震，南部STu记录Mw≥7的中强地震。
### 4.5 主要结论
本研究的主要结论包括：（1）事件层内部结构和堆积样式记录了单一复合事件内的准同步流动过程；（2）底栖有孔虫组合和遗迹化石有效约束了物源区和水深范围；（3）构造预定控制了事件层的类型和空间分布；（4）该沉积补给受限海沟中事件层具有Mw≥7地震的古地震记录能力，可为大地震危险性评估提供重要依据。
