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智利北部俯冲板块内地震活动特征研究

Intraslab seismicity characteristics of northern Chile

  • 摘要: 智利俯冲带是全球地震活动最为活跃的地区之一,其板块内部存在广泛分布的中深源地震活动。本研究利用2014年至2019年期间收集的地震波形数据,构建了智利北部地区的全新地震目录。通过多种拾取方法,我们从25,763个地震事件中拾取到了320,070个P波到时和232,907个S波到时。采用基于网格搜索的NonLinLoc方法进行初始定位,并对结果进行质量控制。NonLinLoc所得到的绝对定位的不确定性均方根在三个方向上分别为:纬度方向7.57公里、经度方向5.53公里、深度方向8.19公里。随后进一步构建到时差数据,并通过双差定位方法对地震事件进行重定位。Bootstrapping分析表明,地震事件的相对定位不确定性较小,三个方向上的均方根残差分别为:纬度方向1.14公里、经度方向0.68公里、深度方向1.47公里。定位结果显示,分布在21°S以南和以北的地震活动性表现出明显差异:21°S以南150公里以下的地震数量显著多于21°S以北。在21°S以南,深度小于80公里的板块内地震普遍呈现清晰的双重地震带结构,双地震带间距约25公里。与热模型对比分析结果显示,其中上地震带位于俯冲的洋壳中,对应硬柱石-蓝片岩到硬柱石-榴辉岩相变;而下地震带主要出现在20.0°S至22.5°S的纬度范围内,与蛇纹岩的脱水作用有关。上下地震带地震活动性的差异可能反映了沿俯冲带不同位置的板块含水状态的差异。双地震带结构在约80公里深度处消失,取而代之的是80至150公里深度范围内出现的大量地震事件聚集分布的地震簇。这一现象可能由多种机制共同驱动,包括板块张力增强、变质反应加剧等。而在更深部(可达约300公里)的板块内部,还存在多个地震活动特征不同的零星深地震簇,其中包括著名的Jujuy地震簇。这些深地震簇的产生可能与洋脊的俯冲相关,因为它们在空间上具有明显的相关性。我们的研究表明,不同深度范围内板块内地震的空间分布特征受多种机制控制,对深入理解板块俯冲过程及其演化具有重要科学意义。

     

    Abstract: The Chilean subduction zone is one of the most seismically active regions globally, characterized by extensive intermediate-depth seismicity in the slab. In this study, we construct a new earthquake catalog for northern Chile using seismic waveforms assembled for the period of 2014−2019, from which 320,070 P-wave and 232,907 S-wave first arrivals are obtained for 25,763 earthquakes. Grid search location method NonLinLoc is applied to determine initial earthquake locations and double-difference location method is used to improve relative event locations. The distribution of earthquakes exhibits distinct patterns to the north and south of 21°S. There are many more earthquakes deeper than ~150 km to the south of 21°S, while relatively fewer to the north. The intraslab earthquakes shallower than ~80 km generally reveal a distinct double seismic zone, and the gap between the two seismic planes disappears at a depth of approximately ~80 km, followed by a concentration of seismicity in the depth range of ~80−150 km. In the deeper slab, there exist several seismicity clusters with distinct earthquake activities down to ~300 km. These characteristics shown in slab seismicity are likely caused by different mechanisms and can be helpful for understanding the subduction process.

     

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