全球板块运动形成离散、汇聚和转换等板块边界及不同类型组合，塑造了多样化的构造格局。其中，任意三个板块边界交汇点称为三联点，随着板块运动而形成、发展和消亡，因此成为研究全球板块运动规律的关键。哥伦比亚及邻近区域的构造格局受到南美板块、加勒比海板块和纳斯卡板块汇聚作用的控制，形成了典型的汇聚-汇聚-转换型三联点 (González et al., 2023) (图1)。该三联点最初在地表运移，随着巴拿马-乔科弧与南美板块碰撞而隐没，其现今深部位置能够指示板片俯冲边界但缺乏高分辨率的地球物理学成像约束 (图1c) (e.g., Pennington, 1981; Sun et al., 2022; Syracuse et al., 2016)。板片俯冲与撕裂引发强烈的岩浆活动、地震与地壳变形，显著改变了区域地壳的热结构与流变学性质 (Lagardère & Vargas, 2021; Vargas et al., 2015, 2019)。地震波衰减对地壳内的温度、部分熔融与流变强度敏感，能够揭示隐没板片边界及深部热物质运移过程 (Yang et al., 2024)。因此，通过高分辨率地壳衰减结构探测，可为厘清该区域复杂的板块构造格局、限定隐没的三联点位置提供关键地球物理证据。
图1 哥伦比亚及邻近区域地表地形、主要构造和地质特征分布。 (a) 图中灰色线为海岸线，黑色线为主要的断层和洋脊分布 (Veloza et al. 2012)，带三角形的蓝色和黑色实线表示了此区域的变形带和俯冲带，蓝色虚线标志着卡尔达斯撕裂位置 (C. A. Vargas & Mann, 2013)，地表火山有三种类型，分别以不同颜色的三角符号表示：休眠火山（白色三角形）、1百万年以来的活火山（绿色三角形）和2023年仍有喷发记录的火山（红色三角形）(Venzke, 2023)。主图右上角为研究区域在全球地图上的展示； (b) 显示了区域构造简图，左侧为对应图例，紫色箭头表示纳斯卡板块、科科斯板块和加勒比板块相对于稳定的南美板块的 GPS 运动速度矢量（mm/年），相应的速度矢量值被标在箭头上方 (Jarrin et al., 2023; Mora-Paez et al., 2019)；(c) 纳斯卡-加勒比-南美板块三联点（紫色圆圈）的类型及其随地质年代的迁移轨迹。图中主要构造名称缩写如下：WC：西科迪勒拉山系；CC：中科迪勒拉山系；EC：东科迪勒拉山系；SMBF：圣玛尔塔-布卡拉曼加断层；MA：梅里达安第斯山脉；巴拿马-乔科弧：巴拿马-乔科弧；CB：乔罗特加地体；NCS：纳斯卡-科科斯扩张中心；SR：桑德拉洋脊；MR：马尔佩罗洋脊
中国科学院地质与地球物理研究所行星科学与前沿技术重点实验室地震学学科组的博士研究生刘真、导师赵连锋研究员、美国加州大学圣克鲁兹分校的谢小碧研究员、哥伦比亚国立大学的Carlos A. Vargas教授与其他合作者一起，利用哥伦比亚及邻近区域布设的高密度地震台阵观测数据，采用单双台联合反演方法，构建了高分辨率（~1°×1°）的宽频带 (0.05–10.0 Hz) 地壳Lg波Q值模型（图2），揭示了板块俯冲系统之下的地壳热异常分布，并据此推测了隐没三联点的可能位置。
图2 哥伦比亚及其周边地区的地壳Lg波衰减模型、地壳厚度与速度模型之间的对比结果。(a-b) 选取的0.5 Hz与1.0 Hz频率下的地壳QLg分布图；(c-d) 1.0 Hz频率下的射线覆盖与分辨率分析，其中双台与单台射线路径分别为浅黄色和蓝色，棋盘格分辨率测试可达到1°×1°；(e) 0.2-2.0 Hz宽频带QLg分布；(f) 基于CRUST1.0模型 (Laske et al., 2013) 提取的地壳厚度分布；(g-h) 依据MITP_USA_2016MAY模型获得的20公里与50公里深度P波速度扰动横向变化 (Burdick et al., 2017)
QLg成像结果显示，地震波衰减特征与区域构造活动性密切相关（图2）。稳定的圭亚那地盾作为古老克拉通，表现出高QLg值和弱衰减特性。相比之下，中美洲火山弧、哥伦比亚西部及厄瓜多尔等活跃火山区域呈现显著的Lg波强衰减（低QLg），与俯冲板块脱水导致的热物质上涌、地壳部分熔融及高温异常密切相关。纳斯卡板块在约5.5°N处发生撕裂，形成南段陡俯冲的考卡段与北段平俯冲的布卡拉曼加段（图3）。前者伴随强烈的Lg衰减与活跃的火山活动，后者虽无地表火山，但仍显示出较强的衰减特征，可能与板块撕裂诱导的热上涌及残余热源有关。更重要的是，在7.5°N附近观测到QLg值的急剧变化，结合速度层析成像、接收函数与火山分布等证据，研究团队提出该纬度是加勒比板块与纳斯卡板块俯冲边界的关键位置（图3）。
图3 沿四条剖面(a)–(d)的多种地质与地球物理数据对比。剖面位置在插图中以红线标示。每条剖面由上、中、下三个子图组成：顶部显示地表地形与主要断裂位置（垂直虚线）；中间展示QLg随频率的变化关系；底部显示P波速度扰动 (Burdick et al., 2017) 及IRIS提供的1900-2023年间震级大于2.0的区域地震活动（紫色圆圈）。黑色虚线标示莫霍面不连续界面及410公里与660公里地幔界面。莫霍面深度提取自CRUST1.0模型 (Laske et al., 2013)。LFS指亚诺斯断裂系统
综合Lg衰减、速度结构、地震活动性与构造重建结果，研究推测南美板块下方存在三个俯冲板片（加勒比板片、布卡拉曼加段与考卡段），并将当前纳斯卡—加勒比—南美板块 (NCS) 三联点的位置限定于约7.5°N, 77°W处（图4）。该研究首次通过高分辨率Lg衰减图像揭示了哥伦比亚地区复杂的俯冲系统与三联点构造特征，为理解板块汇聚边界动力学过程提供了重要的地震学约束。
图4 (a) 纳斯卡-加勒比-南美板块三联点（紫色圆圈）随地质年代的迁移轨迹 (González et al., 2023)；(b) 南美板块西北部下方纳斯卡板块与加勒比板块构造活动示意图。顶部投影显示0.2-2.0 Hz宽频带QLg分布。红色条纹是上涌的深部热物质，彩色三角符号代表火山，图例同图1。图中标示的三联点位置（紫色圆圈）主要依据构造活动特征与Lg波衰减的显著变化确定
研究成果发表于国际学术期刊GRL (刘真, 赵连锋*, 谢小碧,Carlos A. Vargas, 田宝峰,姚振兴. A new high-resolution broadband Lg attenuation model beneath Colombia: Implications for triple junction tectonics[J].Geophysical Research Letters, 2025, 52, e2025GL117903. DOI: 10.1029/2025GL117903.)。研究受国家自然科学基金 (U2139206, 42430306)资助。
刘真（博士生）
