《Geoscience Frontiers》：Tectonic evolution of the western slope of the Central Andes (36°S) and the building of the Western Andean Thrust System
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本文聚焦安第斯造山带西缘的关键构造单元——西安第斯逆冲系统（Western Andean Thrust System, WATS），针对其长期演化历史、地壳尺度结构样式及其与活动地震构造的关系等争议性问题，开展了综合构造地质学与U-Pb锆石年代学研究。研究揭示了晚始新世–渐新世以来的伸展–挤压转换过程，明确了阿瓦尼科（Abanico）盆地先存伸展构造的反转是WATS形成的关键机制，并定量恢复了约17%的地壳缩短量。该成果深化了对俯冲背景下双冲造山带结构演化的认识，为理解前弧断层系统的活动性与地震危险性提供了重要依据。
在南美洲西缘，宏伟的安第斯山脉是板块俯冲造就造山带的经典范例。传统观点认为，这是一个向东逆冲的巨型“楔形体”，其前缘发育着广阔的前陆盆地。然而，近三十年的研究发现，这条山脉的西坡并不“安分”，其下方隐藏着一套向西逆冲的断裂系统——西安第斯逆冲系统。这一发现颠覆了认知，意味着安第斯可能是一个东、西两侧同时向外逆冲的“双冲”造山带。但关于这套西倾逆冲系统的“身世”和“性格”，地质学家们争议不断：它究竟是深深切入地壳的古老断裂复活而成，还是造山过程中在浅表新生的一套褶皱-冲断带？它的长期演化历史如何？又如何控制着今天威胁智利中西部人口密集区的地震活动？
要回答这些问题，需要找到一个“天然实验室”。智利中部约南纬36度附近的西安第斯主山脉脱颖而出。这里不仅保存了从晚白垩世到第四纪连续的地质记录，发育着阿瓦尼科等关键伸展盆地，其前缘还发现了如梅萨马维达断层等活动的西倾逆冲构造，是连接古老构造与现今地震活动的理想窗口。为此，由Mauricio Espinoza领衔的研究团队，在《Geoscience Frontiers》上发表论文，对WATS在这一关键区段进行了精细剖析。
为了揭开WATS的神秘面纱，研究团队运用了两大“利器”：精细的野外构造地质填图与系统的U-Pb锆石同位素定年。构造地质学家们跋山涉水，详细测量了断层、褶皱的产状和运动学指标，绘制了揭示地壳结构的剖面，并运用平衡剖面技术恢复了岩层变形前的模样。同时，地质年代学家们从关键层位（如阿瓦尼科组、科尔本组）的火山灰层和砂岩中分选出微小的锆石矿物，利用激光剥蚀电感耦合等离子体质谱（LA-ICP-MS）测定其U-Pb年龄。这些年龄如同精准的“地质时钟”，标定了岩石形成和沉积的时代，为构建盆地演化和构造活动的时间线提供了决定性证据。
研究结果
1. U-Pb年代学揭示盆地演化的时间框架
通过对Las Chilcas组、Bellavista de Ancoa岩体、Abanico组和Colbún组等一系列样品的定年，研究建立了研究区从早白垩世到中新世完整的时间序列。关键发现包括：Colbún组的火山岩结晶年龄约为22.5-22.7 Ma（早中新世），其砂岩的最大沉积年龄约为19.7 Ma，这精确限定了这套标志性原始火山岩系的形成时代。下伏的Abanico组则记录了从约30.9 Ma到24.6 Ma的持续沉积。这些年龄数据表明，在约23-20 Ma期间，该地区经历了一次短暂但强烈的裂谷高峰期。
2. 识别出三大结构域及其边界断裂
基于构造样式和卷入变形的岩石单元，研究将西安第斯主山脉划分为三个结构域，它们被三条主干断裂所分隔：
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西部构造域：位于西缘的梅萨马维达断层和东侧的安科阿断层之间。该域主要由早中新世的Colbún组构成，形成一个宽缓的、向西倒转的Colbún向斜。Colbún组不整合覆盖在晚白垩世岩体之上。梅萨马维达断层作为WATS的前锋逆冲断层，直接抬升了上新世-更新世的Rodados Multicolores层，记录了第四纪活动。
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中部构造域：介于西倾的安科阿断层和东倾的拉斯索拉斯断层之间，呈现“地垒式”的隆起结构。这里出露了Abanico盆地的基底（下白垩统Las Chilcas组和晚白垩世岩体）及其上的Abanico组沉积。在中部，约10 Ma的Trapa-Trapa组近水平地覆盖在已褶皱的Abanico组之上，限定了主变形期在约23-10 Ma之间。东侧，早中新世岩体（约20-16 Ma）沿拉斯索拉斯断层侵入。
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东部构造域：位于拉斯索拉斯断层以东，主要由强烈褶皱的Cura-Mallín组（约20-14 Ma）构成，表现为薄皮变形样式。
3. 构造演化史：从强烈裂谷到挤压反转
综合年代学和构造分析，研究团队重建了该区自晚始新世以来的构造演化序列：
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伸展阶段（晚始新世–早中新世早期）：在法拉隆板块分裂、高汇聚速率和板片后撤的背景下，阿瓦尼科盆地开始伸展。约23-20 Ma期间达到裂谷巅峰，盆地向西扩张，导致快速沉降、高沉积速率和Colbún组等原始地球化学序列的发育。野外可见Abanico组中的同沉积正断层。
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挤压转型与WATS萌生（约20-19 Ma）：随着板块汇聚速率降低，导致巨型逆冲界面热量减少、耦合度增加，区域应力场由伸展急剧转变为挤压。先存的伸展断层（如安科阿断层、拉斯索拉斯断层）发生反转，标志着WATS的启动。同时，深成岩浆活动恢复，Cura-Mallín组开始同造山沉积。Cura-Mallín组底部的渐进不整合和同沉积褶皱指示了挤压背景下的沉积。
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新近纪多期隆升：早中新世事件之后，新近纪期间发生了多期隆升脉冲。安科阿、拉斯索拉斯等反转断层围限了一个“地垒”状的地壳结构，共同构建了WATS的构造格架。后期还伴有斜向走滑系统活动。
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第四纪活动：沿WATS的前锋（梅萨马维达断层），Rodados Multicolores层的沉积和后续位移，直接记录了上新世-更新世以来的构造活动。
4. 地壳缩短量的定量恢复
通过对横跨研究区的剖面进行构造恢复（恢复到约20 Ma的挤压前状态），计算出该区域总的地壳缩短量约为17%。其中，WATS相关的构造贡献了约10%的缩短量。这一量化结果直观体现了WATS在该区域地壳变形中的重要份额。
结论与意义
本研究系统揭示了中安第斯西坡（36°S）自晚始新世以来的构造演化历程，明确了西安第斯逆冲系统是先前阿瓦尼科伸展盆地构造反转的产物。关键的挤压转型发生在约20-19 Ma，与板块汇聚动力学的变化同步。随后，以安科阿、梅萨马维达、拉斯索拉斯等边界断层为骨架，通过多期挤压隆升，最终塑造了一个复杂的地壳尺度“楔状”或“地垒”结构，构成了现今的双冲造山带西翼。
这项研究的科学意义深远。首先，它强有力地证实了“构造继承性”在造山带形成中的主导作用：先存伸展盆地的断层格局、盆地形态深刻控制了后续挤压变形的结构样式、序列和空间分布。其次，研究建立了从晚始新世伸展到现今活动的完整演化链条，将长期构造历史与活动断层研究有机衔接，为理解前弧区地震构造的深部根源和长期行为提供了关键案例。最后，所提出的WATS可能位于一个将变形从西倾的基底卷入域向东倾的薄皮域转换的“断坡”之上的模型，为理解这类双冲造山带复杂的应变分配机制提供了新视角。该成果不仅深化了对安第斯山系演化的认识，也为全球其他俯冲带边缘造山带的比较研究提供了重要参考。
