摘要
俯冲地形对断层滑动模式的作用——特别是它是否阻碍或促进了大型逆冲断层地震——在俯冲动力学中仍然是一个有争议的话题1，2，3.，4，5．模型表明，俯冲地形有可能严重改变俯冲带的结构、应力状态和力学4，6；然而，对提出的复杂断裂网络的直接地球物理成像以及俯冲地形和相关的上板块损伤带的水文仍然难以捉摸。在这里，我们使用在新西兰Hikurangi北部边缘收集的被动和可控源海底电磁数据，来约束海底山俯冲活动区域的电阻率。我们发现，传入板块上的海山含有一层薄的、低孔隙率的玄武岩帽，它将多孔火山碎屑和蚀变物质的导电基质封闭在电阻性核心之上，与正常的、未断层的海洋岩石圈相比，它允许3.2至4.7倍的水潜没。在前弧中，我们在俯冲海山上方成像了一个缺乏沉积物的板块界面，其电气结构与进入的板块海山相似。俯冲海山内的一个尖锐的电阻峰位于一个突出的上板块导电异常的正下方。这种上板块异常与爆发型重复地震的位置重合，以及与最近一次慢滑事件有关的地震活动7将俯冲地形与前弧富流体损伤区的形成直接联系起来，这些损伤区通过调节流体超压改变了板块界面处的有效正应力。除了严重改变上板块的结构和物理条件外，俯冲海山是一种未被重视的机制，它将大量的水输送到弧前和更深的地幔。
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数据可用性
在这项研究中，所有被颠倒和分析的电磁数据均可在以下网站获得https://doi.org/10.5281/zenodo.4721384并作为本文提供的源数据。覆盖在电阻率模型上的地震反射数据可在https://doi.org/10.21420/62C1-GS40．源数据都提供了这张纸。
代码的可用性
用于反演数据的MARE2DEM代码的一个版本可在以下网站获得http://mare2dem.bitbucket.io．
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确认
我们承认这项工作部分是在Te Āti Awa的土地上进行的。我们感谢斯克里普斯海洋学研究所提供必要的仪器，以收集本次研究中使用的电磁数据，感谢新西兰政府允许在其专属经济区工作，感谢R/V的船长(W. Hill和D. Murline)和船员雷夫尔RR1817和RR1903探险。我们感谢S. Constable和斯克里普斯海洋电磁实验室(C. Armerding, J. Lemire, J. Perez和J. Souders)和htresist科学团队(A. Adams, J. Alvarez-Aramberri, C. Armerding, E. Attias, E.A. Bertrand, D. Blatter, G. Boren, G. Franz, C. Gustafson, W. Heise, Y. Li, B. Oryan, N. Palmer, J. Perez, J. Sherman, K. Woods和A. Yates)。我们感谢美国国家水与大气研究所(NIWA;https://niwa.co.nz/)，提供高分辨率的测深数据。这项工作得到了美国国家科学基金会拨款OCE-1737328的支持。C.C.通过国防科学与工程研究生奖学金(NDSEG)项目向美国国防部(DoD)提供资金支持。D.B.获得了新西兰皇家学会马斯登基金的资助(MFP-GNS1902);MBIE奋进奖:诊断Hikurangi俯冲带带来的危险;以及由新西兰战略科学投资基金政府向GNS Science提供的公共研究资助。我们感谢哥伦比亚大学共享研究计算设施项目提供的计算资源，该项目由美国国立卫生研究院研究设施改进拨款1G20RR030893-01提供支持，并由纽约州帝国发展、科学技术和创新部(NYSTAR)合同C090171提供相关资金，两项合同均于2010年4月15日授予。
作者信息
作者和隶属关系
贡献
S.N.和K.K.设计了这个实验。S.N.和C.C.收集了数据。C.C.和S.N.处理了数据。C.C.对数据进行了建模。所有的作者都参与了手稿的撰写。
相应的作者
道德声明
相互竞争的利益
作者声明没有竞争利益。
额外的信息
同行评审信息自然感谢Martyn Unsworth和其他匿名审稿人对这项工作的同行评审所做的贡献。同行评审报告可用。
出版商的注意施普林格自然对出版的地图和机构附属的管辖权要求保持中立。
扩展的数据图和表
图1优选反演模型(垂向电阻率分量ρv)的高分辨率测深仪。
用于反演的海底接收器是带有台号的灰色立方体。参见扩展数据图。6求水平电阻率和各向异性。一个，b，朝东北(一个)及朝西南(b)的测深图。高分辨率水深测量由美国国家水与大气研究所(https://niwa.co.nz/)．
图2采用阿奇定律胶结指数范围的优选电阻率模型的孔隙度转换。
一个，米= 1.6。b，米= 2。c，米= 2.4(同图。2 b)．d，米= 2.8。
图3模型关键特征分辨率测试。
一个，用于生成合成数据的模型。b，综合数据反演后恢复的模型。
图4本次调查的CSEM数据和模型响应示例。
显示了7号站(绿色)和26号站(蓝色)在0.75 Hz下的振幅(顶部)和相位(底部)数据(圆圈)和首选模型响应(线)。在7号站看到的快速衰减和在26号站看到的慢得多的衰减是由于它们分别位于导电前弧和电阻性tuturanganui山丘上。
扩展数据图5 MT阻抗极性图作为周期和站号的函数。
红色和蓝色的线表示对角线|Zxx|和非对角线|Zxy|，分别是阻抗张量的分量，作为地理旋转的函数，北指向上。白圈中的黑色箭头是这次调查的走向。灰色阴影掩盖了由于极坐标图形状的3D效果而从我们的2D分析中省略了数据的时期和站点。
图6优选电阻率模型的垂向各向异性。
一个，水平电阻率(ρh)．b，各向异性比(ρv/ρh)．该模型具有最小的各向异性。
扩展数据图7优选模型rm.s失配击穿。
一个，b， CSEM数据的归一化均方根误差(一个)和MT数据(b)．蓝点和红点一个分别为在给定发射机位置上的所有内联电场振幅和相位的归一化残差。酒吧里b为每个MT接收器阻抗张量分量的均方根误差不拟合:蓝色为横向电(TE)模式视电阻率;绿色，TE相;橙色为横向磁(TM)模式视电阻率;紫色，TM相。
图8 CSEM数据和响应矩阵。
CSEM数据(上)，模型拟合(中)和残差(下)的最高功率谐波作为距离Hikurangi裕度和发射机-接收器偏移的函数。虚线框表示采集频率为1/ 6hz。所有其他数据以1/4 Hz的频率收集。一个，基频。b，三次谐波。c第七谐。
图9 MT数据和模型响应。
优选电阻率模型(线)与本研究中使用的所有MT数据(圆)的拟合。TE模式为蓝色，TM模式为红色。
图10弧前导体C1f、C2f、C3f的灵敏度。
一个，b，优选模型和正演模型之间模型拟合的变化，测试了可控源电磁数据对弧前导体的敏感性(一个)和MT数据(b)．为了生成每个面板的顶部行，每个导体的电阻率分别增加到5 Ωm。底部面板的电阻率增加到10 Ωm。蓝点和红点一个分别为在给定发射机位置上的所有内联电场振幅和相位的均方根误差的变化。在b，柱状图为每个MT接收器阻抗张量分量的均方根误差不拟合的变化:蓝色，TE视电阻率;绿色，TE相;橙色，TM视电阻率;紫色，TM相。
图11对俯冲海山的敏感性，R1f。
对MT数据(CSEM数据对R1f不敏感)，在优选模型和正向模型之间模型拟合的变化测试了对俯冲海山的敏感性。为了产生顶部、中间和底部的面板，俯冲海山的电阻率分别降低到20 Ωm、10 Ωm和7 Ωm。柱状图为每个MT接收器阻抗张量分量的均方根误差不拟合的变化:蓝色为TE视电阻率;绿色，TE相;橙色，TM视电阻率;紫色，TM相。
补充信息
权利与权限
关于本文
引用本文
切斯利，C，奈夫，S，基，K。et al。富含流体的俯冲地形形成异常的弧前孔隙。自然595， 255-260(2021)。https://doi.org/10.1038/s41586-021-03619-8
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DOI：https://doi.org/10.1038/s41586-021-03619-8
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成矿模式是勘探成功的关键——综述与发展趋势
矿产经济学(2022)
