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安第斯山脉边缘是长期持续俯冲的板块构造范式，但自中生代晚期(过去1亿年左右)以来，其地质状态远远不是稳定的。俯冲板块倾角的周期性变化、板块断裂和板块向下地幔的侵彻作用是其幕式变形和岩浆作用的主要原因;由于纳斯卡-法拉龙板块的广泛俯冲(导致超过5500公里的岩石圈消失在地幔中)，板块构造的作用仍不清楚。在这里，我们利用层析数据重现了纳斯卡俯冲板块的板块构造几何，这使我们能够重建中生代晚期以来的安第斯板块构造。我们的模型表明，纳斯卡俯冲的当前阶段始于白垩纪晚期(约8000万年前)的安第斯山脉北部(5°S)，并向南传播，在新生代早期(约5500万年前)到达安第斯山脉南部(40°S)。因此，与目前的范式相反，纳斯卡俯冲自中生代以来并不是完全连续的，而是包括幕式的分歧阶段。此外，我们发现前深层沉积和安第斯挤压的开始都与纳斯卡板块与下地幔之间的相互作用有关，这与之前的模型一致。gydF4y2Ba
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确认gydF4y2Ba
y.w.c.和J.W.感谢休斯顿大学基金的支持。J.S.感谢来自德克萨斯州州长大学研究倡议基金(GURI)和休斯顿大学的资助。软件Gocad的教育许可证是由范例大学计划提供的。我们感谢J. Saylor, B. K. Horton, C. Faccenna, S. M. Kay和M. Riesner的讨论。gydF4y2Ba
审核人信息gydF4y2Ba
自然gydF4y2Ba感谢D. Muller和其他匿名审稿人对本工作的同行评议所作的贡献。gydF4y2Ba
作者信息gydF4y2Ba
作者及隶属关系gydF4y2Ba
贡献gydF4y2Ba
J.W.构想并设计了这项研究。y - w - c生成了板块模型并综合了安第斯地质。y.w.c.和J.W.写了手稿。y.w.c.， J.W.和J.S.提出了构造论。gydF4y2Ba
相应的作者gydF4y2Ba
道德声明gydF4y2Ba
相互竞争的利益gydF4y2Ba
作者声明没有利益竞争。gydF4y2Ba
额外的信息gydF4y2Ba
出版商的注意:gydF4y2Ba施普林格自然对出版的地图和机构从属关系中的管辖权主张保持中立。gydF4y2Ba
扩展的数据图形和表格gydF4y2Ba
扩展数据图1南美板块异常。gydF4y2Ba
这些异常在UTM(通用横向墨卡托)投影的400公里(左)、1000公里(中)和1200公里(右)的不同层析成像中显示出来。断层摄影术包括:gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba, MITP08gydF4y2Ba10gydF4y2Ba；gydF4y2BabgydF4y2Ba, GAP-P4gydF4y2Ba72gydF4y2Ba；gydF4y2BacgydF4y2Ba, UU-P07gydF4y2Ba73gydF4y2Ba；gydF4y2BadgydF4y2Ba, LLNL-G3Dv3gydF4y2Ba74gydF4y2Ba；gydF4y2BaegydF4y2Ba, SEMUCB-WM1gydF4y2Ba75gydF4y2Ba；而且gydF4y2BafgydF4y2Ba, TX2011gydF4y2Ba76gydF4y2Ba．dVp和dVs分别是来自p波和s波层析成像的速度扰动(以百分比表示)。gydF4y2BaggydF4y2Ba、地图gydF4y2Ba26gydF4y2Ba，gydF4y2Ba77gydF4y2Ba全球地震层析成像模型在给定位置显示快速速度异常的数量(共22个)中，这表明了成像的稳健性。22个断层包括MITP08gydF4y2Ba10gydF4y2Ba, GAP-P4gydF4y2Ba72gydF4y2Ba, UU-P07gydF4y2Ba73gydF4y2Ba, LLNL-G3Dv3gydF4y2Ba74gydF4y2Ba, SEMUCB-WM1gydF4y2Ba75gydF4y2Ba, TX2011gydF4y2Ba76gydF4y2Ba、石膏gydF4y2Ba78gydF4y2Ba, HMSL-P06gydF4y2Ba79gydF4y2Ba, PRI-P05gydF4y2Ba80gydF4y2Ba, SP12RTS-PgydF4y2Ba81gydF4y2Ba, SPani-PgydF4y2Ba82gydF4y2BaS362ANI +米gydF4y2Ba83gydF4y2Ba, S40RTSgydF4y2Ba84gydF4y2Ba, SAVANIgydF4y2Ba85gydF4y2Ba, SAW642ANbgydF4y2Ba86gydF4y2Ba和SEISGLOB2gydF4y2Ba87gydF4y2Ba．总体而言，纳斯卡板块北部的层析异常范围更广，振幅更强，向下地幔延伸得更深。gydF4y2Ba
图2 MITP08断层扫描显示纳斯卡板块的断层横切面。gydF4y2Ba
一个gydF4y2Ba- - - - - -gydF4y2BafgydF4y2Ba，东西分段(见gydF4y2BahgydF4y2Ba)从北到南。红点表示贝尼奥夫带地震活动性。黄色虚线显示了我们手动选择的纳斯卡板边缘，主要由陡峭的速度梯度定义。白色虚线突出显示了以前断层摄影研究中发现的成像较差的区域gydF4y2Ba11gydF4y2Ba，gydF4y2Ba12gydF4y2Ba，gydF4y2Ba13gydF4y2Ba．gydF4y2BaggydF4y2Ba，沟槽平行剖面。东西向剖面1-6的交点以红线表示。gydF4y2BahgydF4y2Ba，剖面位于UTM投影中900 km深度的水平切片上。gydF4y2Ba
扩展数据图3横截面积展开法。gydF4y2Ba
参考文献中概述了该方法。gydF4y2Ba21gydF4y2Ba．gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba下地幔高度变形板块的三维示意图，我们的目标是评估板块的横截面面积，并展开板块以估计俯冲岩石圈的数量。gydF4y2BabgydF4y2Ba，显示重建板坯长度的三维示意图gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba沿着两个平行的横截面。每个板块亚深度区域1-8都被反向变形到理论上的100公里的俯冲前厚度，并在地球表面重新拼接起来，以评估俯冲前的长度。密度-深度校正(红色区域)已应用于PREM后的每个板子区域gydF4y2Ba54gydF4y2Ba．gydF4y2BacgydF4y2Ba，基于不同等值线值的安第斯山脉下的MITP08层析断面和两个可能的纳斯卡板区:蓝色虚线为dgydF4y2BaVgydF4y2BapgydF4y2Ba= +0.3%，红色虚线为dgydF4y2BaVgydF4y2BapgydF4y2Ba= + 0.2%。gydF4y2BadgydF4y2Ba， d暗示了板块俯冲年龄gydF4y2BaVgydF4y2BapgydF4y2Ba= 0.3%， dgydF4y2BaVgydF4y2BapgydF4y2Ba= 0.2%纳斯卡板区gydF4y2BacgydF4y2Ba70 Myr和90 Myr是否分别由全球板块模型的板块收敛速率确定gydF4y2Ba3.gydF4y2Ba．gydF4y2Ba
图4剖面2处其他五层析成像的截面积展开法。gydF4y2Ba
参见扩展数据图。gydF4y2Ba2 ggydF4y2Ba的位置。gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba, GAP-P4gydF4y2Ba72gydF4y2Ba；gydF4y2BabgydF4y2Ba, UU-P07gydF4y2Ba73gydF4y2Ba；gydF4y2BacgydF4y2Ba, TX2011gydF4y2Ba76gydF4y2Ba；gydF4y2BadgydF4y2Ba, LLNL-G3Dv3gydF4y2Ba74gydF4y2Ba；而且gydF4y2BaegydF4y2Ba, SEMUCB-WM1gydF4y2Ba75gydF4y2Ba．我们选择的板边显示为黄色虚线，dgydF4y2BaVgydF4y2BapgydF4y2Ba= +0.3% UU-P07 (gydF4y2BabgydF4y2Ba)和LLNL-G3Dv3 (gydF4y2BadgydF4y2Ba),维gydF4y2BaVgydF4y2BapgydF4y2BaGAP-P4 = +0.6% (gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba),维gydF4y2BaVgydF4y2Ba年代gydF4y2BaTX2011年= +0.9% (gydF4y2BacgydF4y2Ba)和dgydF4y2BaVgydF4y2Ba年代gydF4y2BaSEMUCB-WM1 = +0.7% (gydF4y2BaegydF4y2Ba)．gydF4y2BafgydF4y2Ba， 5张层析图中展开的平板长度，我们选择的平板边缘显示为蓝色圆圈。扩展数据图中来自MITP08的展开板长度。gydF4y2Ba3 dgydF4y2Ba显示为黄色方框。GAP-P4和TX2011中替代板区域的展开板长度(红色虚线在gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba而且gydF4y2BacgydF4y2Ba)表示为虚线圆。总的来说，6个断层摄影的平板长度显示了相似的结果。gydF4y2Ba
扩展数据图5 2-5型材展开纳斯卡板的年龄深度曲线。gydF4y2Ba
暗示的下地幔下沉速率由圆形和标签显示，由层析剖面着色。为了进行比较，我们还绘制了马里亚纳太平洋板块中部(浅灰色菱形)的下地幔下沉速率图。gydF4y2Ba21gydF4y2Ba东亚下板块年龄深度关系(深灰色金刚石)gydF4y2Ba21gydF4y2Ba．本研究的所有下沉率与参考文献一致。gydF4y2Ba21gydF4y2Ba该研究发现，平均下地幔下沉速率为每年1.8±0.8厘米gydF4y2Ba−1gydF4y2Ba(灰色虚线)。gydF4y2Ba
扩展数据图6在两个备选地幔参照系中重建了100亿至60亿年前的纳斯卡海沟位置。gydF4y2Ba
重建的壕沟位置分别显示在100亿年前(红线)、80亿年前(白线)和60亿年前(黄线)，叠加在MITP08断层扫描的水平剖面上gydF4y2Ba10gydF4y2Ba在中地幔至下地幔深度(gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba，gydF4y2BabgydF4y2Ba， 1200公里;gydF4y2BacgydF4y2Ba，gydF4y2BadgydF4y2Ba， 1400公里;gydF4y2BaegydF4y2Ba，gydF4y2BafgydF4y2Ba， 1600公里)。gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba，gydF4y2BacgydF4y2Ba，gydF4y2BaegydF4y2Ba，基于ref的地幔参照系重构。gydF4y2Ba88gydF4y2Ba．gydF4y2BabgydF4y2Ba，gydF4y2BadgydF4y2Ba，gydF4y2BafgydF4y2Ba，基于ref的地幔参照系重构。gydF4y2Ba89gydF4y2Ba．gydF4y2Ba
扩展数据图7重建的纳斯卡板块相对于固定南美洲的运动。gydF4y2Ba
一个gydF4y2Ba， 80亿年前;gydF4y2BabgydF4y2Ba70亿年前;gydF4y2BacgydF4y2Ba， 60亿年前;gydF4y2BadgydF4y2Ba， 50亿年前;gydF4y2BaegydF4y2Ba， 40亿年前;gydF4y2BafgydF4y2Ba， 30亿年前;gydF4y2BaggydF4y2Ba， 20亿年前;gydF4y2BahgydF4y2Ba10亿年前。灰色箭头表示纳斯卡板块相对于南美洲的俯冲运动。发散运动用蓝色箭头表示。纳斯卡-南美板块边界的位置是基于逆变形的安第斯边缘。gydF4y2Ba23gydF4y2Ba．沿着纳斯卡-南美板块边界的俯冲被粗红线突出;绿色和蓝色粗线分别表示变形和发散的板块边界。其他参考文献与图中相同。gydF4y2Ba4gydF4y2Ba．gydF4y2Ba
扩展数据图8纳斯卡-南美板块运动的交替板块电路比较。gydF4y2Ba
一个gydF4y2Ba- - - - - -gydF4y2BacgydF4y2Ba， 80亿年前的板块运动(gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba)， 70亿年前(gydF4y2BabgydF4y2Ba)和60亿年前(gydF4y2BacgydF4y2Ba)显示的是南极板块环流gydF4y2Ba27gydF4y2Ba(蓝色箭头)和澳大利亚板电路gydF4y2Ba3.gydF4y2Ba(橙色箭头)。在这项研究中，我们跟踪了由澳大利亚板块电路导出的板块运动gydF4y2Ba3.gydF4y2Ba．在始新世之前，澳大利亚环流在豪勋爵隆起和太平洋之间有有限的运动。这使得从南极洲东部到澳大利亚再到豪勋爵隆起/太平洋的运动链得以建立，避免了南极洲东部和西部的相对运动约束不太好，而南极环流就是建立在这个相对运动链上的(见参考文献)。gydF4y2Ba29gydF4y2Ba进行深入讨论)。这两种模式都反映了同时期的北辐合和南辐散，尽管晚白垩世的运动有所不同(gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba而且gydF4y2BabgydF4y2Ba)．纳斯卡-南美板块边界的位置是基于反变形的安第斯边缘(黑色虚线)。gydF4y2Ba23gydF4y2Ba．沿着板块边界的俯冲用红色表示;绿色和蓝色分别表示变换板边界和发散板边界(与扩展数据图相同)。gydF4y2Ba7gydF4y2Ba)．gydF4y2Ba
扩展资料图9南美洲西部边缘俯冲板块随时间变化的长度。gydF4y2Ba
板块长度(SLs)是基于我们的板块模型，在俯冲的纳斯卡板块前缘和反向变形的安第斯边缘之间随时间的变化而测量的gydF4y2Ba23gydF4y2Ba．板块长度为0 km，表明纳斯卡俯冲开始。根据亚垂直的马里亚纳板块端元，770公里的板块长度表明纳斯卡板块可能到达下地幔的最早时间gydF4y2Ba30.gydF4y2Ba．根据一个浅倾角的秘鲁平板板块端部，1200公里的平板长度表明纳斯卡板块可能到达下地幔的最晚时间gydF4y2Ba30.gydF4y2Ba．详情见正文。gydF4y2Ba
扩展数据图10我们的平板模型对其他可能平板长度及其隐含下沉速率的敏感性。gydF4y2Ba
一个gydF4y2Ba我们的板块模型预测与从无差别安第斯岩浆年龄目录中按纬度记录的总安第斯岩浆年龄的空间密度图进行了比较gydF4y2Ba71gydF4y2Ba(14709个自140myr以来公布的岩浆年龄)。该仓尺寸为纬度4°，年龄5 Myr。这个情节旨在提供一个不同于图的视角。gydF4y2Ba5gydF4y2Ba．此图与图的区别。gydF4y2Ba5gydF4y2Ba的结果，由我们在图中所选择的。gydF4y2Ba5gydF4y2Ba只有具有构造成因解释的岩浆活动，例如弧内岩浆活动、弧后岩浆活动或板内岩浆活动。无花果。gydF4y2Ba5gydF4y2Ba，已发表的地球化学特征为该图中所没有的每个岩浆记录提供了逐特征的比较。32°S和45°S的近白色带不一定是岩浆间隙，但可能由于露头暴露有限，是有限报道年龄的结果。在无花果。gydF4y2Ba5gydF4y2Ba，我们用碎屑锆石年龄推断了南纬32°-45°的岩浆活动。粗红线显示了我们预测的纳斯卡俯冲起始向南传播(与图中相同)。gydF4y2Ba5gydF4y2Ba)．透明红线所示的误差范围(±10 Myr)来自于板边速度扰动的替代选择(见gydF4y2Ba方法gydF4y2Ba和扩展数据图。gydF4y2Ba3.gydF4y2Ba详情)。总的来说，我们的模型预测与大约80亿年前的岩浆极小期以及随后增加的岩浆活动相吻合，我们解释这与纳斯卡俯冲最近阶段的开始相对应。还显示了任意减少80%(浅蓝色虚线)和60%(深蓝色虚线)的展开板长度。任意减少的板长显示了我们的板模型预测对可能的层析模糊的敏感性，层析模糊会夸大我们测量的纳斯卡板面积。与较短的展开板块长度的比较表明，纳斯卡俯冲的向南传播在纳斯卡板块长度减少时得以保留，但我们认为，与32°s以北80 ~ 60 Myr前岩浆活动增加的时间相比，选择较薄的初始岩石圈厚度(80 km而不是100 km)将增加板块长度。这将有效地抵消一些断层扫描的模糊。gydF4y2BabgydF4y2Ba，已公布的下地幔板下沉速率的比较gydF4y2Ba2 gydF4y2Ba，gydF4y2Ba21gydF4y2Ba，gydF4y2Ba25gydF4y2Ba，gydF4y2Ba26gydF4y2Ba，gydF4y2Ba47gydF4y2Ba，gydF4y2Ba53gydF4y2Ba，gydF4y2Ba90gydF4y2Ba，gydF4y2Ba91gydF4y2Ba对于我们首选的平板长度(红线)和任意减少80%(浅蓝色虚线)和60%(深蓝色虚线)的平板长度，隐含的下地幔下沉率gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba．较短的平板长度(小于60%)被排除在外gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba基于不合理的快速板下沉速度。gydF4y2Ba
补充信息gydF4y2Ba
补充数据gydF4y2Ba
图3、图4和补充视频中使用的展开纳斯卡板多边形的GPlates数字文件。gydF4y2Ba
视频1:80 Ma以来安第斯山脉下纳斯卡俯冲的板块构造重建。gydF4y2Ba
1 Ma时步纳斯卡俯冲的板块构造重建动画，如图4和扩展数据图7所示。参见图4和方法部分以获得参考。视频中反向变形的纳斯卡板多边形的GPlates数字文件可以在补充数据中找到。gydF4y2Ba
源数据gydF4y2Ba
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关于本文gydF4y2Ba
引用本文gydF4y2Ba
陈,YW。，Wu, J. & Suppe, J. Southward propagation of Nazca subduction along the Andes.自然gydF4y2Ba565gydF4y2Ba， 441-447(2019)。https://doi.org/10.1038/s41586-018-0860-1gydF4y2Ba
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DOIgydF4y2Ba：gydF4y2Bahttps://doi.org/10.1038/s41586-018-0860-1gydF4y2Ba
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