全球板塊運動形成離散、匯聚和轉換等板塊邊界及不同類型組合，塑造了多樣化的構造格局。其中，任意三個板塊邊界交匯點稱為三聯(lián)點，隨著板塊運動而形成、發(fā)展和消亡，因此成為研究全球板塊運動規(guī)律的關鍵。哥倫比亞及鄰近區(qū)域的構造格局受到南美板塊、加勒比海板塊和納斯卡板塊匯聚作用的控制，形成了典型的匯聚-匯聚-轉換型三聯(lián)點 (González et al., 2023) (圖1)。該三聯(lián)點最初在地表運移，隨著巴拿馬-喬科弧與南美板塊碰撞而隱沒，其現(xiàn)今深部位置能夠指示板片俯沖邊界但缺乏高分辨率的地球物理學成像約束 (圖1c) (e.g., Pennington, 1981; Sun et al., 2022; Syracuse et al., 2016)。板片俯沖與撕裂引發(fā)強烈的巖漿活動、地震與地殼變形，顯著改變了區(qū)域地殼的熱結構與流變學性質 (Lagardère & Vargas, 2021; Vargas et al., 2015, 2019)。地震波衰減對地殼內(nèi)的溫度、部分熔融與流變強度敏感，能夠揭示隱沒板片邊界及深部熱物質運移過程 (Yang et al., 2024)。因此，通過高分辨率地殼衰減結構探測，可為厘清該區(qū)域復雜的板塊構造格局、限定隱沒的三聯(lián)點位置提供關鍵地球物理證據(jù)。
圖1 哥倫比亞及鄰近區(qū)域地表地形、主要構造和地質特征分布。 (a) 圖中灰色線為海岸線，黑色線為主要的斷層和洋脊分布 (Veloza et al. 2012)，帶三角形的藍色和黑色實線表示了此區(qū)域的變形帶和俯沖帶，藍色虛線標志著卡爾達斯撕裂位置 (C. A. Vargas & Mann, 2013)，地表火山有三種類型，分別以不同顏色的三角符號表示：休眠火山（白色三角形）、1百萬年以來的活火山（綠色三角形）和2023年仍有噴發(fā)記錄的火山（紅色三角形）(Venzke, 2023)。主圖右上角為研究區(qū)域在全球地圖上的展示； (b) 顯示了區(qū)域構造簡圖，左側為對應圖例，紫色箭頭表示納斯卡板塊、科科斯板塊和加勒比板塊相對于穩(wěn)定的南美板塊的 GPS 運動速度矢量（mm/年），相應的速度矢量值被標在箭頭上方 (Jarrin et al., 2023; Mora-Paez et al., 2019)；(c) 納斯卡-加勒比-南美板塊三聯(lián)點（紫色圓圈）的類型及其隨地質年代的遷移軌跡。圖中主要構造名稱縮寫如下：WC：西科迪勒拉山系；CC：中科迪勒拉山系；EC：東科迪勒拉山系；SMBF：圣瑪爾塔-布卡拉曼加斷層；MA：梅里達安第斯山脈；巴拿馬-喬科?。喊湍民R-喬科??；CB：喬羅特加地體；NCS：納斯卡-科科斯擴張中心；SR：桑德拉洋脊；MR：馬爾佩羅洋脊
中國科學院地質與地球物理研究所行星科學與前沿技術重點實驗室地震學學科組的博士研究生劉真、導師趙連鋒研究員、美國加州大學圣克魯茲分校的謝小碧研究員、哥倫比亞國立大學的Carlos A. Vargas教授與其他合作者一起，利用哥倫比亞及鄰近區(qū)域布設的高密度地震臺陣觀測數(shù)據(jù)，采用單雙臺聯(lián)合反演方法，構建了高分辨率（~1°×1°）的寬頻帶 (0.05–10.0 Hz) 地殼Lg波Q值模型（圖2），揭示了板塊俯沖系統(tǒng)之下的地殼熱異常分布，并據(jù)此推測了隱沒三聯(lián)點的可能位置。
圖2 哥倫比亞及其周邊地區(qū)的地殼Lg波衰減模型、地殼厚度與速度模型之間的對比結果。(a-b) 選取的0.5 Hz與1.0 Hz頻率下的地殼QLg分布圖；(c-d) 1.0 Hz頻率下的射線覆蓋與分辨率分析，其中雙臺與單臺射線路徑分別為淺黃色和藍色，棋盤格分辨率測試可達到1°×1°；(e) 0.2-2.0 Hz寬頻帶QLg分布；(f) 基于CRUST1.0模型 (Laske et al., 2013) 提取的地殼厚度分布；(g-h) 依據(jù)MITP_USA_2016MAY模型獲得的20公里與50公里深度P波速度擾動橫向變化 (Burdick et al., 2017)
QLg成像結果顯示，地震波衰減特征與區(qū)域構造活動性密切相關（圖2）。穩(wěn)定的圭亞那地盾作為古老克拉通，表現(xiàn)出高QLg值和弱衰減特性。相比之下，中美洲火山弧、哥倫比亞西部及厄瓜多爾等活躍火山區(qū)域呈現(xiàn)顯著的Lg波強衰減（低QLg），與俯沖板塊脫水導致的熱物質上涌、地殼部分熔融及高溫異常密切相關。納斯卡板塊在約5.5°N處發(fā)生撕裂，形成南段陡俯沖的考卡段與北段平俯沖的布卡拉曼加段（圖3）。前者伴隨強烈的Lg衰減與活躍的火山活動，后者雖無地表火山，但仍顯示出較強的衰減特征，可能與板塊撕裂誘導的熱上涌及殘余熱源有關。更重要的是，在7.5°N附近觀測到QLg值的急劇變化，結合速度層析成像、接收函數(shù)與火山分布等證據(jù)，研究團隊提出該緯度是加勒比板塊與納斯卡板塊俯沖邊界的關鍵位置（圖3）。
圖3 沿四條剖面(a)–(d)的多種地質與地球物理數(shù)據(jù)對比。剖面位置在插圖中以紅線標示。每條剖面由上、中、下三個子圖組成：頂部顯示地表地形與主要斷裂位置（垂直虛線）；中間展示QLg隨頻率的變化關系；底部顯示P波速度擾動 (Burdick et al., 2017) 及IRIS提供的1900-2023年間震級大于2.0的區(qū)域地震活動（紫色圓圈）。黑色虛線標示莫霍面不連續(xù)界面及410公里與660公里地幔界面。莫霍面深度提取自CRUST1.0模型 (Laske et al., 2013)。LFS指亞諾斯斷裂系統(tǒng)
綜合Lg衰減、速度結構、地震活動性與構造重建結果，研究推測南美板塊下方存在三個俯沖板片（加勒比板片、布卡拉曼加段與考卡段），并將當前納斯卡—加勒比—南美板塊 (NCS) 三聯(lián)點的位置限定于約7.5°N, 77°W處（圖4）。該研究首次通過高分辨率Lg衰減圖像揭示了哥倫比亞地區(qū)復雜的俯沖系統(tǒng)與三聯(lián)點構造特征，為理解板塊匯聚邊界動力學過程提供了重要的地震學約束。
圖4 (a) 納斯卡-加勒比-南美板塊三聯(lián)點（紫色圓圈）隨地質年代的遷移軌跡 (González et al., 2023)；(b) 南美板塊西北部下方納斯卡板塊與加勒比板塊構造活動示意圖。頂部投影顯示0.2-2.0 Hz寬頻帶QLg分布。紅色條紋是上涌的深部熱物質，彩色三角符號代表火山，圖例同圖1。圖中標示的三聯(lián)點位置（紫色圓圈）主要依據(jù)構造活動特征與Lg波衰減的顯著變化確定
研究成果發(fā)表于國際學術期刊GRL?(劉真,?趙連鋒*, 謝小碧,Carlos A. Vargas, 田寶峰,姚振興.?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.)。研究受國家自然科學基金?(U2139206, 42430306)資助。
劉真（博士生）