利用接收函数研究墨西哥横贯火山带的地壳厚度

《Journal of South American Earth Sciences》：Crustal Thickness of the Trans-Mexican Volcanic Belt using Receiver Functions

墨西哥Trans-Mexican Volcanic Belt（TMVB）地壳厚度研究基于347个接收函数分析，发现平均厚度36±2公里，中央莫霍深度达41±3公里。首次等势分析表明该区域总体处于平衡状态，但西部TMIG台站地壳欠补偿（34±2 vs 40.5公里预测值），可能与年轻火山快速堆积有关；南部边界站点出现超补偿，可能反映板块接触界面而非莫霍面。

　　

卡洛斯·埃米利奥·蒙塔尔沃-拉拉（Carlos Emilio Montalvo-Lara）|赫拉尔多·苏亚雷斯（Gerardo Suárez）

墨西哥国立自治大学（Universidad Nacional Autónoma de México），地球科学研究生院，地球物理研究所，墨西哥城，墨西哥

摘要

本研究计算并分析了来自12个永久地震台的347个接收函数（Receiver Functions，RF），这些地震台位于或靠近跨墨西哥火山带（Trans-Mexican Volcanic Belt，TMVB）范围内，旨在研究该火山带沿线的地壳厚度变化。平均而言，TMVB地区的地壳厚度约为36 ± 2公里，其中火山带的中心部分具有最深的莫霍面（Moho）深度，为41 ± 3公里。此外，本研究还首次对该地区进行了等静力分析，识别出由于近期火山活动、俯冲作用以及其他火山和构造过程导致的次补偿区和过补偿区。总体而言，TMVB似乎处于等静力平衡状态。在火山带西部的TMIG地震台观测到的莫霍面深度表明该地区的地壳处于欠补偿状态。根据接收函数研究得出的地壳厚度为34 ± 2公里，而如果该地点完全处于等静力平衡状态，则根据等静力分析结果地壳厚度应为40.5公里。这种差异可能是由于年轻的火山物质迅速堆积，其形成地形的速度超过了地壳的响应速度。在靠近TMVB南部沉积边界的一些地震台，地壳的表观厚度大于等静力分析预测的值。在这些地方，接收函数可能反映了俯冲的科科斯板块（Cocos Plate）顶部与北美大陆板块（continental North American plate）之间的接触，而不是莫霍面反射的信号。

章节摘录

引言

跨墨西哥火山带（TMVB）横贯墨西哥中部，从墨西哥湾延伸至太平洋，覆盖面积约160,000平方公里。该地区拥有墨西哥最高的山峰。其中最著名的山峰是西特拉尔特佩特尔火山（Citlaltépetl），海拔高度为5,636米。TMVB地区包含了多种类型的火山构造，包括圆顶火山、破火山口、盾状火山、单成因锥和层状火山（参见Macías, 2007年的研究）。

数据

我们使用了位于TMVB及其周边地区的12个永久地震台的数据（图1）。这些地震台分别为IGIG、DHIG、MOIG、ACIG、PZIG、YAIG、ANIG、LVIG和TMIG；其中后三个地震台靠近火山构造（分别为层状火山、火山场和火山锥）。相比之下，ARIG、PLIG、YAIG和TPIG地震台位于TMVB沉积边界的正南方。

数据处理与方法

选取了长度为120秒的地震图时间窗口，其中前30秒为P波到达前的时间，后90秒为P波到达后的时间。对选定的地震记录应用了5%的余弦衰减处理。然后按照Persaud等人（2007年提出的方法）将数据旋转为垂直-径向-横向（ZRT）分量。接着进行了第二次旋转，将数据转换为纵向-径向-横向（LQT）分量。

地壳厚度估计

共使用了347个接收函数来研究TMVB下方的地壳结构。表1展示了根据接收函数结果估算的每个永久地震台下莫霍面的深度，并将其与其他学者的结果进行了比较。TMVB地区地壳厚度的变化在A-A’、B-B’、C-C’、D-D’和C-D’剖面上有所体现（见图4）。下面我们将讨论TMVB地区地壳厚度估算的结果，并将其与其他研究结果进行对比。

总结与结论

跨墨西哥火山带是一个地质复杂的区域，受到俯冲作用、岩浆活动和地壳过程的共同影响（Gomez-Tuena等人，2003年；Manea & Manea，2011年；Ortega-Gutiérrez等人，2014年；Ducea & Chapman，2018年；Aguirre Espinosa等人，2022年；Lucci等人，2024年；Martínez-Serrano等人，2025年）。总体而言，TMVB似乎处于等静力平衡状态。

在某些情况下，由于使用了区域性模型，值存在较大的不确定性（> ± 0.1），这可能是导致误差的原因。

CRediT作者贡献声明

卡洛斯·埃米利奥·蒙塔尔沃-拉拉（Carlos Emilio Montalvo-Lara）： 负责正式分析、方法论制定和资源调配、软件使用。 赫拉尔多·苏亚雷斯（Gerardo Suárez）： 负责概念构思、数据整理、方法论设计、初稿撰写以及修订和编辑工作。

未引用参考文献

Gómez‐Tuena等人，2003年；Husker和Davis，2009年；Manea等人，2013年；Molina-Garza和Urrutia-Fucugauchi，1993年；SSN，2025年；Suter等人，1992年；Suter等人，2001年。

数据获取

如需获取地震台数据，可通过电子邮件联系SSN（地址：[e-mail]）。地震目录数据来源于美国地质调查局（USGS）网站，最后一次访问时间为2025年10月20日（https://earthquake.usgs.gov/earthquakes/search/）。

利益冲突声明

作者声明没有需要披露的利益冲突。

致谢

本研究的完成得益于与胡安·卡洛斯·蒙塔尔沃-阿里埃塔（Juan Carlos Montalvo-Arrieta）教授的讨论。图表制作使用了Python和MATLAB软件。其中一位作者（GS）获得了墨西哥国立自治大学（UNAM）的PAPIIT项目（项目编号IG101823）的支持。