基于火山海山形态测量与排列分析的德雷克海峡地区（南极洲）新生代应力演化

《Marine Geology》：Cenozoic stress evolution of the Drake Passage region (Antarctica) from morphometric and alignment analysis of volcanic seamounts

　　

德雷克海峡是位于南美洲与南极半岛之间的海洋通道，连接太平洋与大西洋。其地球动力学演化始于始新世，是斯科舍弧（Scotia Arc）全面发展的组成部分。在该区域洋底共识别出190个火成火山建造（igneous volcanic edifices）和32条火山排列（volcanic alignments）。前期研究表明，火山建造的拉长方向和火山排列记录了当时的应力场，其延伸方向平行于最大水平应力（SH）方向。因此，对上述火山建造的形态及其地理和时间分布进行区域尺度统计分析，可为理解新生代期间影响德雷克海峡的应力体制提供有价值的见解。对拉长火山结构的形态分析揭示了三个主要的最大水平应力方向：N000E、N046E和N125E。火山排列显示出两个主要趋势：N130E和N156E，以及三个次要方向：N042E、N070E和N101E。基于地震震源机制（focal mechanism）的最新应力场评估表明，主导方向为N050E。NW-SE和N-S向最大水平应力场被归因于多种地球动力学过程的组合，包括先存菲尼克斯板块（Phoenix Plate）在Antarctic板块太平洋边缘之下的洋壳俯冲，以及直到托尔托纳期（Tortonian）至赞克尔期（Zanclean）期间斯科舍板块与南极板块沿南斯科舍脊（South Scotia Ridge）的右旋走滑运动。相比之下，NE-SW向挤压应力与沿南斯科舍脊和南设得兰海沟（South Shetland Trench）的左旋走滑运动有关，该运动从赞克尔期一直活动至今。

德雷克海峡（Drake Passage）是位于南美洲与南极半岛之间的海洋通道，连接太平洋和大西洋，其新生代构造演化与斯科舍弧（Scotia Arc）的发育密切相关。火山建造的形态和空间排列是推断区域应力场的重要指标，火山锥体基底的长轴方向和火山链的延伸方向通常平行于最大水平应力（SH）。然而，该区域以往的水深数据分辨率有限，难以对海底火山建造进行可靠的形态测量。BATDRAKE数字水深模型（Digital Bathymetric Model, DBM）提供了200 m×200 m的高分辨率海底地形，使研究人员能够识别出190个火成火山建造和32条火山排列，进而通过统计分析和构造解释重建德雷克海峡新生代应力场演化。

这项研究旨在利用火山建造的几何形态和排列方向作为构造指示器，结合下伏洋壳磁异常年龄提供的时间约束，揭示研究区应力场的时空变化及其地球动力学意义。研究结果与陆上脆性构造应力数据及现代地震震源机制一致，为理解德雷克海峡及斯科舍弧的新生代构造演化提供了独立的形态构造学证据。相关成果发表于《Marine Geology》。

研究使用了BATDRAKE数字水深模型，其整合了1992—2015年间120次海洋考察的多波束数据，网格分辨率200 m×200 m，覆盖面积约1,465,000 km²；约70%区域具有多波束数据，其余以GEBCO2014和IBCSO v1填补。研究人员用ArcGIS Pro对每个火山基底目视拟合最佳椭圆，计算轴比和火山形状指数（Volcano Shape Index, VSI），并按可靠性分级（A>B>C>D）筛选，仅采用A-C级。火山间距通过Delaunay三角剖分计算，密度图采用高斯核密度估计。火山排列识别遵循Paulsen和Wilson方法，要求至少3个火山、相邻间距≤50 km且长轴方向一致。火山时代由下伏洋壳磁异常条带推断；现代应力场基于104个震源机制（来自World Stress Map），并用LISSAGE软件绘制SH轨迹。

### 4.1 拉长的火山

对190