安达曼-尼科巴-苏门答腊俯冲带：基于高分辨率多波束测深数据的地貌与力学特征分析

《Geoscience Frontiers》：Andaman-Nicobar-Sumatra subduction zone: Morphological and mechanical segmentation from high-resolution multibeam bathymetry

　　K.K. Aswini | C.M. Bijesh | K.A. Kamesh Raju | P. John Kurian | P. Dewangan | V. Yatheesh | G. Nagendran | S. Roychaudhari | M. Karthikeyan | P. Vasu | A.I. Begovitch
国家极地与海洋研究中心，地球科学部，瓦斯科-达-伽马，果阿 403804，印度

**摘要**
安达曼-尼科巴-苏门答腊俯冲带在前弧形态和变形方式上展现出沿走滑方向的显著变化，这些变化与板块汇聚、沉积物输入以及俯冲板块地形的变化有关。本研究首次系统地整合了安达曼-尼科巴-苏门答腊增生楔（约197,500平方公里）的高分辨率多波束测深数据，并结合多通道地震反射数据，以揭示与地震灾害相关的沿走滑方向的构造分段情况。该数据集涵盖了2004年苏门答腊大地震的破裂带，从而能够进行分段尺度的构造分析，探讨地表形态与地震破裂行为之间的关联性。根据不同的结构特征，该增生楔被划分为四个沿走滑方向的区域。每个区域在楔形几何形态、海岭连续性、叠瓦状逆冲褶皱的 dominant 波长以及前缘逆冲的方向上表现出系统性的变化。向北推进时，安达曼前缘楔形楔体狭窄而陡峭，其特征为向海方向延伸的断裂、短波长的褶皱以及分段的海岭结构，表明其处于接近临界状态的强烈基底耦合和局部变形。安达曼-尼科巴过渡区则显示出交替的向海和向陆方向延伸的结构以及突起的地质构造，同时海岭连续性受到破坏，且具有相对较短的波长，这被认为是受到俯冲的东 Ninety-East 海岭影响的运动学特征，标志着该区域逐渐过渡到接近临界状态。向南推进时，尼科巴前缘楔体变得更加宽泛，其特点为弧形外海岭、向陆方向延伸的前缘逆冲、长波长的褶皱以及连续的海岭-凹槽系统，反映了该区域处于亚临界状态的增强内部变形。

1. **引言**
安达曼-尼科巴-苏门答腊-爪哇俯冲系统是地球上最活跃的板块边界之一，由于其复合性质，在沿走滑方向的汇聚速率、俯冲角度和板块几何形态上存在明显的变化（Delescluse 等，2012；Singh 等，2017）。汇聚速率从苏门答腊附近的约6.3厘米/年减小到安达曼附近的约3.7厘米/年（Bock，2003；Prawirodirdjo 和 Bock，2004；Gahalaut 等，2006；Gahalaut 和 Gahalaut，2007），而俯冲角度则从约25°–35°增加到超过50°（Paul 等，2001），这促进了沿大苏门答腊断层和安达曼-尼科巴断层的走滑运动。俯冲板块的年龄从约50–70百万年增加到约80–100百万年（Müller 等，2008；Carton 等，2014），导致板块倾斜角度从尼科巴段的约26°增加到安达曼段的约53°（Radhakrishna 等，2008；Singha 等，2019）。在该区域，变形主要分布在大地震和前弧走滑系统中（Fitch，1972；Kamesh Raju 等，2007；Singh 等，2013）。东 Ninety-East 海岭（NER）和沃顿盆地（Wharton Basin）是俯冲板块的两个主要构造要素：东 Ninety-East 海岭形成了从北纬9°延伸到北纬18°的明显高程隆起（Subrahmanyam 等，2008），而沃顿盆地是一个古老的海洋扩张盆地（约38–84百万年），其特征是存在古老的中央海岭和南北方向的断裂带（Jacob 等，2014，2021）；这两个特征对上覆的缅甸板块及相邻增生楔的形态和变形产生了重要影响（图1）。

**图1.**
(a) 安达曼-尼科巴俯冲带及其周边地区的卫星测得的自由空气重力异常图（Sandwell 等，2021）。黑色线条表示主要断层；黑色边框内的红色三角形表示陆上和海底火山；粗红色线条标识安达曼背弧扩张中心；黑色星号标记2004年和2012年大地震的位置。缩写的全称如下：
ABSC：安达曼背弧扩张中心（Andaman Backarc Spreading Centre）；NI：纳尔康丹岛（Narcondam Island）；BI：巴伦岛（Barren Island）；EMF：东缘断层（Eastern Margin Fault）；DLF：迪利金斯断层（Diligent Fault）；ANF：安达曼-尼科巴断层（Andaman-Nicobar Fault）；WAF：西安达曼断层（West Andaman Fault）；ACF：亚齐断层（Aceh Fault）；SF：苏利米姆断层（Seulimeum Fault）；GSF：大苏门答腊断层（Great Sumatra Fault）；ATF：安达曼转换断层（Andaman Transform Fault）；SGF：萨盖因断层（Sagaing Fault）；AR：阿尔科克海隆（Alcock Rise）；SR：塞韦尔海隆（Sewell Rise）。黑色多边形表示东 Ninety-East 海岭的边界；黑色星号标出2004年和2005年大地震的位置；白色和灰色虚线表示2004年和2005年大地震的破裂范围。
(b) 安达曼-尼科巴-苏门答腊俯冲带的简化构造框架，通过阴影区域展示了增生楔、前弧隆起、火山弧、断裂系统以及2004年和2005年大地震的震中位置。

安达曼-尼科巴-苏门答腊增生楔由外楔（前缘楔）、内楔和前弧隆起组成，其沿走滑方向的向海和向陆方向的褶皱及外弧形态存在显著差异，这反映了沉积物厚度和流体超压的不同；来自孟加拉湾和伊洛瓦底江系统的沉积物大量输入进一步影响了其变形和构造发展（Graindorge 等，2008；Subrahmanyam 等，2008；Cochran，2010；Moeremans 等，2014；Henstock 等，2016；Singh 和 Moeremans，2017；Singha 等，2019）。该地区经历了多次重大的板块边界地震，包括2004年的9.1级苏门答腊大地震和2005年的8.5级尼奥亚斯地震——这些地震是迄今为止记录到的最大规模的地震之一；而在爪哇岛以东及更东侧地区则未发生过类似地震（Subarya 等，2006）。这种对比有助于从前弧结构和地震破裂行为之间进行有价值的比较。然而，在此之前，该区域地震活动相对较少，记录到的震级超过7级的地震很少，表明在破裂前该地区长期积累了应变（Singh 和 Moeremans，2017）。2004年12月26日的大地震破裂始于苏门答腊北部西海岸的西穆埃尔岛附近，然后沿巽他断层向北延伸约1300–1500公里，波及尼科巴和安达曼群岛（Lay 等，2005；Kamesh Raju 等，2007）。随后在2005年3月28日发生了向南延伸约400公里的破裂（8.7级地震，Ammon 等，2007），以及2007年和2010年该地区发生的多次较小规模的板块边界地震。2004年大地震之后，多项海洋地球物探研究有助于加深对巽他边缘结构和形态的理解（Pal 等，2003；Singh，2005；Bunting 等，2008；Graindorge 等，2008；Singh 等，2008；Srijayanthi 等，2012；Moeremans 等，2014；Moeremans 和 Singh，2015；Henstock 等，2016；Singh 和 Moeremans，2017）。利用多波束测深和地震反射数据，对北苏门答腊地区的研究揭示了一个宽大的外弧高原，其两侧为陡峭的向海和向陆斜坡，下方是厚实的细粒沉积物填充的海沟和浅层的、可能处于超压状态的拆离面（Graindorge 等，2008；Henstock 等，2016）。这种几何和力学特征使得2004年12月26日的破裂能够深入增生楔下方非常浅的层次，并沿海沟方向传播，形成了异常长的破裂段，加上楔体下方的大范围浅层滑动，从而产生了高效的 tsunami 生成效应（Graindorge 等，2008；Henstock 等，2016）。

尽管北苏门答腊地区拥有高分辨率的多波束测深数据，但覆盖尼科巴至安达曼地区的研究主要依赖于有限的地震剖面和卫星测深数据。尽管有一些综述性研究提供了从北安达曼地区到整个爪哇俯冲带的整体概览（例如 McNeill 和 Henstock，2014），但针对安达曼-尼科巴和北苏门答腊地区的专门研究仍然较少。特别是，高分辨率多波束测深数据与现有数据集的整合在整个安达曼-尼科巴增生楔中的应用仍然不足。这一问题尤其突出，因为该区域正是2004年大地震的破裂区域。

在这里，我们整合并分析了由印度国家极地与海洋研究中心（NCPOR）和印度地质调查局（GSI）在印度专属经济区（EEZ）测绘计划下获取的安达曼-尼科巴增生楔的高分辨率多波束测深数据。我们详细描述了从安达曼到苏门答腊地区的结构与形态变化，量化了楔体的宽度、锥度、坡度、褶皱波长、振幅及分段情况，并将这些指标与汇聚角度、沉积物供给以及俯冲板块的地形（包括东 Ninety-East 海岭）进行了关联。结果结合了2004–2005年地震序列的破裂动力学，以评估促进浅层滑动和 tsunami 生成的地质条件。

2. **构造背景**
巽他俯冲带从西北部的安达曼群岛延伸至东南部的班达岛，全长超过5600公里，标志着印度-澳大利亚板块在欧亚板块下的俯冲作用（Curray，2005；Singh 和 Moeremans，2017）。大约5900万年前印度板块与欧亚板块的碰撞引发了逆时针方向的板块旋转，这种旋转一直持续到约5500万年前，对区域的构造格局起到了关键作用。从5500万年前到4500万年前，印度板块逐渐侵入了欧亚板块，使俯冲带顺时针方向旋转，从而弯曲了西北方向的巽他俯冲系统并增加了俯冲角度（Klootwijk 等，1992）。大约4400万年前，印度板块与欧亚板块完全碰撞，形成了位于俯冲带与上覆板块之间的狭长断裂带（Peltzer 和 Tapponnier，1988）。随着俯冲角度的加剧，从约3200万年前开始，由于伸展作用形成了梅尔圭盆地（Mergui Basin），伴随着大陆地壳的拉伸和变薄（Curray，2005）。到了约2300万年前，裂谷作用向西扩展，导致沿断裂带出现了海底扩张和火山活动，形成了阿尔科克海隆（Alcock Rise）和塞韦尔海隆（Sewell Rise）。板块的持续旋转改变了伸展方向，到了约1500–1600万年前，裂谷作用跳移到了火山弧以东，形成了阿尔科克/塞韦尔海隆与马来亚大陆边缘之间的东盆地（Curray，2005）。最终，在约580万年前，中央安达曼盆地开始了活跃的海底扩张，有效地分隔了阿尔科克海隆和塞韦尔海隆，形成了现今的板块边界（Kamesh Raju 等，2004；Kamesh Raju，2005；Yatheesh 等，2021）（图1）。

在印度-澳大利亚板块边界沿线，汇聚速率从爪哇南部到北安达曼地区存在空间差异。爪哇南部，板块汇聚方向几乎垂直于海沟（Subarya 等，2006）。然而，向北移动时，汇聚方向发生旋转并逐渐变得倾斜。在尼科巴群岛以西以及缅甸境内，汇聚作用分为两个部分：一部分在海沟法线方向上被调节，另一部分则通过大苏门答腊断层（GSF）、西安达曼断层（WAF）、安达曼-尼科巴断层（ANF）和萨盖因断层（SGF）等走滑断层进行释放（Kamesh Raju 等，2007；Radhakrishna 等，2008；Singh 等，2013；Singh 和 Moeremans，2017）（图1）。

安达曼-尼科巴-苏门答腊俯冲带的主要构造特征包括：印度洋的深海平原、无震活动的东 Ninety-East 海岭、前弧向安达曼-尼科巴海沟的过渡、安达曼-尼科巴增生楔、由巴伦岛（Barren Island）和纳尔康丹岛（Narcondam Island）等岛屿组成的活跃火山弧，以及最内侧的安达曼背弧扩张中心（ABSC）和背弧盆地（图1b）（Curray，2005；Kamesh Raju 等，2007；Cochran，2010；Singh 和 Moeremans，2017）。北东南-南西南走向的东 Ninety-East 海岭作为孟加拉湾盆地和沃顿盆地之间的屏障，在北纬10°附近与安达曼-尼科巴海沟相交（Subrahmanyam 等，2008；Singha 等，2019）。此外，重力数据（图1）显示了一个持续存在的、与海岭平行的自由空气重力高程带，这条高程带从露出的东 Ninety-East 海岭延伸向北，穿过孟加拉扇（Bengal Fan）下方到达安达曼前弧，表明在海床沉积物遮盖的区域，海岭仍然存在（Subrahmanyam 等，2008）。增生楔的形成始于白垩纪至今的连续或间歇性沉积作用，相关的变形发生在安达曼岛和尼科巴岛，时间跨度从始新世持续到上新世。该增生楔的东边界由北纬8°30′以北的东缘断层（EMF）和北纬8°30′至7°之间的安达曼-尼科巴断层（ANF）界定（Cochran，2010；Singh 等，2013）。EMF 西侧与 ANF 东侧之间的区域构成了安达曼-尼科巴前弧盆地。此外，该盆地以一条显著的南北走向断层——Diligent Fault（DLF）为特征，同时还存在一条较浅的、同样呈南北走向的山脊，称为Invisible Bank（Moeremans和Singh，2015年；Singh和Moeremans，2017年）。北部的Sagaing断层向南与Great Sumatra断层相连，共同构成了沿着边缘的主要右旋走滑系统，可以将其定义为Sunda板块和sliver板块之间的边界。这种结构为安达曼海中拉裂盆地的形成创造了有利条件，反映了走滑断层作用、斜向俯冲以及弧背扩张的共同影响（Curray，2005年；Kamesh Raju等人，2007年；Singh等人，2013年）。该地区还包括一个从缅甸的不活跃火山延伸到安达曼海的火山弧链，其中包含了露出海面的Narcondam和Barren火山以及33座已确认的海底火山，并且与尼科巴尔火山弧地区频繁发生的地震群有关（Kamesh Raju等人，2012年；Tripathi等人，2018年；Aswini等人，2020年、2021年、2024年；Sriram等人，2023年）。向南延伸，这个火山弧链继续延续到苏门答腊岛。

**3. 数据与方法**
本研究使用的主要数据集是由国家极地与海洋研究中心（NCPOR）和印度地质调查局（GSI）在2005年至2019年间通过多次研究巡航收集的多波束测深数据，这些数据是作为“印度专属经济区（EEZ）的地球科学研究”计划的一部分获得的。NCPOR使用ORV Sagar Kanya、MGS Sagar和Akademic Boris Petrov等研究船进行了多次考察，覆盖了安达曼-尼科巴尔海域。Sagar Kanya的考察（SK-218、SK-273、SK-286、SK-329和SK-354）发生在2005年至2019年间，而MGS Sagar的考察（MGS-20、MGS-21、MGS-22、MGS-29、MGS-30和MGS-31）则从2017年持续到2019年。2007年的Akademic Boris Petrov考察（ABP-19）提供了来自安达曼北部地区的额外数据集。此外，还从GSI的Samudra Mandan考察（SM-206、SM-210、SM-212、SM-215、SM-219和SM-226，2008年至2012年间）获得了高分辨率的测深和海底地形数据。这些数据是使用安装在不同研究船上的多种多波束回声测深系统收集的，包括Atlas Hydrosweep DS系统（安装在MV Akademik Boris Petrov上）、SeaBeam 3012系统（安装在ORV Sagar Kanya上）以及Reson SeaBat 7150系统（安装在MV MGS Sagar上）。Atlas Hydrosweep DS系统的工作频率为15.5 kHz，最大扫描宽度为120°；SeaBeam 3012系统的工作频率为12 kHz，扫描宽度可达140°；Reson SeaBat 7150系统则根据数据采集时的深度范围在12 kHz和24 kHz两种频率之间切换工作。我们使用实时声速剖面数据修正了水柱中的声速变化对深度测量结果的影响。处理原始多波束数据时，我们使用了CARIS HIPS和SIPS软件套件，包括数据合并、手动去噪和定性滤波以去除异常测量值。清理后的数据以ASCII格式导出，并使用Generic Mapping Tools（GMT）进行网格化处理，进一步用于形态学分析（图2）。

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**图2.**
(a) 研究区域的高分辨率测深图，显示了安达曼前弧区域的详细形态特征。
(b) 基于测深数据生成的坡度图，突出了海底坡度的变化。不同机构提供的数据在图中都有明确标注。黑线代表地震剖面的位置。
缩写全称：
- NCPOR：国家极地与海洋研究中心（National Centre for Polar and Ocean Research）
- GSI：印度地质调查局（Geological Survey of India）

我们提取了沿走向规律分布的、与海沟垂直的测深剖面（图3），间隔为10公里，以确定前缘褶皱的形态特征。随后进行了频域分析，以量化主导褶皱波长并客观描述沿坡度的结构间距。剖面的方向是根据平滑处理后的海沟轨迹确定的，采用大地测量采样方法以避免投影偏差，并对数据进行了质量控制以去除NaN值和异常值；具有过大间隙的剖面被剔除。每个剖面都采用大地测量距离进行等间距采样，数据经过清理以去除缺失值和异常值。为了分离褶皱波长，首先从每个测深剖面中去除线性趋势，并进行轻微平滑处理以抑制短波长噪声，同时保留真实的海底起伏。去趋势和平滑后的剖面通过傅里叶变换转换为波长谱，从而估算每个剖面的主导波长。另外，还使用了两个补充的坡度指标：
(i) 沿剖面坡度，即沿走向的梯度Δz/Δx，并转换为度数，适用于横截面比较；
(ii) 基于DEM计算得到的坡度，即在3×3邻域内的最陡局部梯度，并使用大地测量公式以度数表示，具有统一的垂直单位。DEM坡度强调短波长的最大陡度，而沿剖面坡度则基于较长的基线和固定方向进行平均；因此，在存在局部陡坡和粗糙地形的情况下，沿剖面坡度通常低于DEM逐单元坡度。

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**图3.**
(a) 研究区域的测深图，显示了用于光谱分析的剖面位置。
(b) 选定的测深剖面（用红线标注，配以相应的剖面编号），按海沟位置堆叠显示。

为了补充测深解释并研究海底结构，还分析了印度石油天然气总局（DGH）采集的三个多通道地震反射剖面（AN08-11、AN08-12、AN08-06）。我们同时也参考了Curray（2005年）公布的北安达曼地区的T55-56和T57-58剖面信息，以及Moeremans（2014年）发布的南苏门答腊地区的WG2剖面信息。为了研究增生楔体的楔形几何结构、力学参数和结构类型，我们使用QGIS软件对多波束测深数据进行了坡度分析。我们应用了Critical Taper Concept（Davis等人，1983年；Saffer和Bekins，2002年）来评估各个楔段是处于临界状态、超临界状态还是亚临界状态。该方法还被用来评估基底耦合和沉积物强度对增生楔体演化的影响，这些参数来自之前的研究。

**4. 结果**
**4.1. 安达曼-尼科巴尔俯冲带的形态分段**
本节描述了从多波束测深和地震反射数据中解析出的安达曼-尼科巴尔-苏门答腊增生楔体的沿走向形态和结构变化，该楔体延伸范围大约为4.5°–14.5°N（图2）。根据2004年12月26日苏门答腊-安达曼地震期间破裂速度和滑移分布的变化，我们将安达曼-尼科巴尔-苏门答腊俯冲带划分为四个沿走向的段：安达曼段、安达曼-尼科巴尔过渡带（AN过渡带）、尼科巴尔段和苏门答腊段（图2）。安达曼段代表破裂的北部终止点，此处传播速度减缓。在Ten Degree Channel附近，AN过渡带是一个拐点区域，破裂速度局部最小（约1.8 km/s），将较慢的北部段与较快的南部段分隔开来。尼科巴尔段的破裂速度较高，约为2.6 km/s。苏门答腊段包含了破裂起始区域，这里的破裂起始速度约为1.5 km/s，随后向北加速（图4）。

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**图4.**
(a) 图3中所示每个10公里间隔剖面的计算波长和坡度。红色箭头指示2004年地震的破裂速度。
(b) 三维测深视角图，展示了安达曼段、AN过渡带（安达曼-尼科巴尔过渡带）、尼科巴尔段和苏门答腊段沿走向的形态变化。

从安达曼-尼科巴尔-苏门答腊网格化测深数据（图2b）得出的坡度图显示，外楔体和内楔体之间的梯度分布存在明显差异，外楔体的坡度更陡，而内楔体的坡度逐渐平缓。在安达曼段附近，坡度不规则，表现为低坡度（<15°）和短而缓倾的山脊，这些山脊彼此不平行，表明外楔体的结构较为松散。AN过渡段的坡度为平和至中等（15°–20°），靠近海沟的地方有狭窄而陡峭的带状结构，但这些陡峭带迅速分散，之间是较宽且较平坦的区域，类似小型盆地。尼科巴尔段的楔体前端坡度较高（>20°），并向外侧连续延伸，有长而平行于海沟的山脊和少数低坡度间隙，形成了一个陡峭且有组织的前缘带。在内楔体中，坡度逐渐向陆侧减小，外楔体与内楔体之间的过渡较为平滑。在苏门答腊段，靠近海沟的外楔体首先形成一个连续的陡峭区域，具有明显的前缘面。在楔体前端约10–15公里处，坡度局部超过20°–30°，形成长而平行于海沟的山脊，仅有狭窄的低坡度间隙。向陆侧延伸时，坡度逐渐减小，形成了一个平滑的外-内楔体过渡带。

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**图4.**
(a) 图3中所示剖面的位置。
(b) 按海沟位置堆叠的选定测深剖面（红线标示剖面编号）。

为了补充测深解释并研究海底结构，还分析了印度石油天然气总局采集的三个多通道地震反射剖面（AN08-11、AN08-12、AN08-06）。我们还使用了T55-56和T57-58（Curray，2005年）剖面（穿过北安达曼地区）以及WG2（Moeremans等人，2014年）剖面（穿过南苏门答腊地区）的信息。通过QGIS软件对多波束测深数据进行了坡度分析，以研究增生楔体的楔形几何结构、力学参数和结构类型。我们应用了Critical Taper Concept（Davis等人，1983年；Saffer和Bekins，2002年）来评估各个楔段是处于临界状态、超临界状态还是亚临界状态。这种方法也被用来评估基底耦合和沉积物强度对楔体演化的影响，这些参数来自之前的研究。

**4.2. 安达曼段（北部段：12°N–14.5°N）**
安达曼段的特点是一个狭窄的增生楔体，宽度约为60–80公里（图3、4c和5），西侧以线性海沟为边界，东侧为上升的前弧。外楔体由短而低起伏的、平行于海沟的山脊组成，主导波长约为20公里。这些山脊通常较短，形成的地形较低，主要呈NNE-SSW方向，并且彼此不平行。这些山脊之间被狭窄的线性凹陷分隔，这些凹陷可能代表结构盆地或向斜，间距在某些地方超过10公里，使楔体呈现出条纹状和褶皱的外观。向陆侧进入中部楔体时，地形逐渐变得不规则（图5a、b）。山脊失去连续性，开始出现分段、分叉或合并，同时地形起伏增加。在内楔体内观察到多个局部高点（图5），形成了崎岖的、类似小丘的特征，这种地形缺乏系统的褶皱间距或方向性，打破了更西侧看到的平行于海沟的规律模式。此外，在安达曼群岛西侧的大陆架区域，还可以观察到蜿蜒的浅切峡谷/沟壑，表明存在沉积物输送路径（图5b）。这些研究表明，平均沉积物速度约为2.5公里/秒，在沉积物堆积非常厚的地区（如尼科巴群岛和北苏门答腊地区），速度可高达约3公里/秒。在这些区域，由于沉积物压实作用，速度会随深度增加（Moore和Curray，1980年；Curray等人，1982年；Dean等人，2010年；Singh等人，2011年；Moeremans和Singh，2014年）。在约6秒TWT处有一个强反射层，标志着剥离面，该反射层可以追踪到楔形体陆地方向约60公里处。从地震数据解读出的向海倾斜的断层延伸到海沟附近的前两个褶皱的海底地形剖面上，其连续性通过与海底地貌特征的清晰对应得到了支持，从而提供了该区域结构框架的局部约束性概述。

4.3. 安达曼-尼科巴过渡段（AN过渡段：9°N–12°N）
安达曼-尼科巴过渡段比安达曼段具有更宽、更陡的增生楔形体（图3、4c和6）。前缘棱柱由紧密排列（<8公里）且平行于海沟的脊线组成，在楔形体趾部形成紧密折叠的地貌。这些脊线比北部的脊线不连续且形状更加不规则。外侧棱柱前沿跟随海沟，主要是直的或微弯曲的脊线和沟槽，形成一组整齐的条纹图案。在约10°N附近，脊线显示出轻微的弯曲，标志着一个局部转折点。该点以南，趾部线条呈波浪状而非完全直线。脊线间距较短到中等，与这一段的短到中等波长特征相匹配（图4、图5、图6）。坡度通常为中等到高（2.5°–4°），只有少数较陡的区域，没有明显的断层（图4b）。

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图6.
(a) 安达曼-尼科巴过渡段的二维海底地形图，红色和黑色线条表示根据海底地貌分析得出的断层结构。红色断层线是向海倾斜的断层，从地震解释中延伸到海底地形剖面中。
(b) 海底数据的三维视图，标注了主要的地貌特征。

进入AN过渡段中部和内侧棱柱的陆地方向，北部地区的特点是脊线间距较紧密，经常发生断裂、分裂或突然终止，导致局部坡度陡峭和快速的高程变化。块状和丘状特征在局部破坏了脊线-沟槽的规则图案（图6b）。相比之下，该段的南部地区显示出更宽且更连续的平行于海沟的脊线，断裂较少，高低之间的过渡更加平滑，陆地方向的坡度更为平缓，从而整体地形较为平滑。在内侧棱柱中，特别是在92°E至92.4°E之间，地形以高起伏为主，脊线不连续，存在孤立的地形高点以及崎岖的丘状特征。系统的脊线间距缺失，许多脊线逐渐变细、合并或终止。在该区域东部观察到一条南北方向的局部凹陷地带，其侧面陡峭，表明可能存在与更深层次构造变形或差异沉降相关的地貌特征（图6b中的平坦盆地）。

地震剖面AN08-12和AN08-11是在AN过渡带北纬10°附近采集的，属于DGH地震计划的一部分，之前由Moeremans和Singh（2014年）进行过研究（深度剖面），它们描绘了从海沟到前弧高的结构（图7）。本研究中讨论的构造解释与已发表的框架一致。在这两个剖面中，俯冲海洋板块的顶部由一个强反射层标记，位于约6.5秒TWT处，其上方覆盖着孟加拉扇沉积物。AN08-12上的沉积物覆盖层较薄（约1.4–2.0秒TWT），而在AN08-11上向海沟方向逐渐增厚至约1.5–2.5秒TWT（约2–3公里）。更深的古沉积单元将整个剖面延伸至约4–5秒TWT，连续的反射层表明沉积前整合变形有限。变形前沿由向海倾斜的逆冲断层形成凸起结构。在AN08-12上，观察到一个宽约15公里、位于约4.5秒TWT处的褶皱，保持了层理结构；而在两个剖面中，在海沟向陆地方向约25至60公里处都看到了交替出现的向海和向陆倾斜的褶皱-逆冲结构。在AN08-11上，一个明显的结构位于约40公里处，标志着活动变形楔形体的陆地边界。

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图7.
(a, d) 安达曼-尼科巴过渡段选定区域的二维海底地形图，分别显示了地震剖面AN08-12和AN08-11的位置（用粗蓝线标记）。
(b, e) 未解释的AN08-12和AN08-11地震剖面，标注了主要的地貌区域。
(c, f) 解释后的AN08-12和AN08-11地震剖面：蓝线代表海底；黑线表示高振幅反射层；红线表示断层。
(i, ii) AN08-12和AN08-12对应剖面的变形前沿放大视图。

4.4. 尼科巴段（南部段：4.5°N–9°N）
与安达曼段和AN过渡段相比，尼科巴段（大约4.5°N至8.5°N）的特征是一个宽阔的增生楔形体，宽度约为140–160公里，外侧和内侧棱柱中的结构都相当发育。外侧棱柱前沿跟随海沟的缓和弯曲，形成了一个略微凸起的、受海沟控制的平面形态，具有平滑的平行于海沟的脊线（图3、4c和8b）。靠近趾部的前两个褶皱间距较宽，向陆地方向脊线间距逐渐减小，褶皱长度较长且横向连续数十公里，而北部的褶皱较短且更为分段。尼科巴段的坡度在趾部较为平缓，逐渐向陆地方向增加，只有局部陡峭区域，这与北部段由紧密排列的脊线形成的更陡峭、更狭窄的棱柱形成形成对比。

向陆地方向，内侧楔形体展现出有序的平行于海沟的构造，脊线顶部横向连续且间距相对均匀，形成了更加清晰、连贯的地貌。坡度从外侧棱柱到内侧棱柱逐渐增加，只有在褶皱汇聚处或小断层破坏的地方才有局部陡峭区域。与北部段相比，尼科巴段的内部楔形体显得更为均匀。随着地形的延伸，脊线的连续性和规律间距逐渐消失，内侧棱柱以崎岖的高起伏地形、不连续的脊线和高梯度为特征，标志着从结构化的外侧棱柱的明显转变（图8b）。

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图8.
(a) 尼科巴段的海底地形图，显示了数字化的断层结构（紫色和黑色线条）以及地震剖面ANS-06的位置。紫色断层线是向陆地倾斜的断层，从地震解释中延伸到海底地形剖面中。
(b) 海底地形的三维视图，标注了主要的地貌特征。
(c) 未解释的地震剖面ANS08-06，标注了主要的地貌区域。
(d) 解释后的地震剖面ANS08-06：蓝线代表海底；黑线表示高振幅反射层；红线表示断层。
(i) 地震剖面ANS-06的变形前沿放大视图。

地震剖面AN08-06（图8d）显示了厚厚的孟加拉扇和尼科巴扇沉积物，掩盖了海洋地壳。沉积物覆盖层明显比安达曼-尼科巴过渡段（AN08-12）更厚，反映出相对于九十东海岭的更横向分布环境以及更多的扇形沉积物堆积。前缘棱柱主要由向陆地倾斜的逆冲断层形成叠层结构。向陆地方向，断层的倾斜方向转变为向海倾斜的结构，类似于前逆冲-后逆冲对，定义了一个内侧棱柱过渡区。进一步向陆地方向，旋转的沉积块和双联体状几何形态特征构成了一个沉积物丰富的楔形体，这与安达曼-尼科巴过渡段较薄的构造形成对比。总体而言，AN08-06反映了一个沉积物丰富的增生系统，顶部具有成熟、厚的楔形体，前缘具有稳定的向陆地倾斜断层，而内侧棱柱发育良好，与沉积物较薄的安达曼-尼科巴过渡段形成鲜明对比。

4.5. 苏门答腊段（南部段：约2.5°N–4.5°N）
向南部方向，增生系统延续到苏门答腊段，该段的特点是一个宽阔的、地貌上独特的楔形体，由厚厚的海沟沉积物和继承的海洋板块构造形成。海底地形（图4c和9；摘自Graindorge等人，2008年）显示，与北部段相比，这里的海沟相对较深，深度约为4300–4900米，前缘棱柱宽度约为28公里，急剧上升。尽管光谱估计表明主波长大致均匀（图4a），但从平面视图来看，脊线间距紧密，局部合并或终止，形成了宽阔的脊线形态。楔形体由延长的、几乎平行的逆冲脊线组成，间距约为5–15公里，方向为N-S至N15°E，大致与汇聚方向一致。这些脊线具有陡峭的向陆地倾斜的坡度，与地震剖面WG2中观察到的向陆地倾斜的逆冲作用一致（Moeremans等人，2014年）。俯冲板块上的线性构造，表现为阶梯状凹陷和类似断层陡崖的形态，分割了楔形体并影响了脊线的间距和褶皱的方向（图9）。地震数据进一步表明，海沟填充沉积物的厚度约为2–3秒TWT，这掩盖了典型的俯冲前沿特征（Moeremans等人，2014年）。

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图9.
(a) 苏门答腊段的二维海底地形图（摘自Graindorge等人，2008年），显示了基于海底地貌分析得出的断层结构（紫色和黑色线条）。
(b) 海底地形的三维视图，标注了主要的地貌特征。

4.6. 楔形体几何形状、力学参数和构造样式
使用库仑楔形体理论（Davis等人，1983年；Dahlen，1990年）评估了安达曼-尼科巴-苏门答腊增生棱柱的构造和变形行为，该理论将棱柱描述为一个在压缩作用下向机械平衡演变的逐渐变细的楔形体。分段分析揭示了与沉积物供应、俯冲界面特性和流体条件变化相关的楔形体几何形状和力学行为的 Systematic 变化。得出的几何和力学参数，包括锥度、基底摩擦、孔隙压力和推断的楔形体状态，在表1中总结，数据来源列在表2中。

表1. 基于本研究和早期研究得出的参数
| 参数 | 典型范围 | 来源/依据 | |
|--------------|------------------|----------------------------------------|-----------|随着岩石圈年龄的增加，板块的密度和倾角也会增加，而更大的倾角会增强海沟法向缩短与海沟平行剪切之间的应变分配，共同控制着前沿增生、内部变形和前弧走滑运动的分布。为了将形态变化与楔形地质机制联系起来，我们采用了Henstock等人（2006年）提出的端元分类方法：形态A特征为活跃增生的外楔形区域，具有平滑连续的前缘褶皱带和向陆倾斜的逆冲作用；而形态B则代表力学性强或以侵蚀为主的楔形区域，其特点是地形破碎和向海倾斜的结构。这些端元为将汇聚运动学和板块几何结构与巽他海沟沿走向的分段联系起来提供了一个框架。

在苏门答腊段，印度-澳大利亚板块和缅甸板块之间的汇聚几乎是垂直的，倾角较低（约10°-15°），导致以压缩变形为主，走滑作用较弱（大约每年45毫米逆冲和11-28毫米走滑；Subarya等人，2006年；McCaffrey，2009年）。下沉的岩石圈相对年轻（约49-53百万年；Müller等人，2008年），厚度较薄（约87-90公里），密度较低（约3264-3266千克/立方米），因此形成较浅的板块倾角（Pesicek等人，2010年；Jacob等人，2021年）和宽阔的分离面。这种运动学和几何特性有利于分散的压缩变形和高效的前缘增生，形成了一个宽阔且逐渐变窄的增生楔形区域，反映了由相对年轻和浮力的下沉岩石圈所导致的浅倾角。在这种背景下，低坡度区域对应于形态A，表明变形主要通过逆冲作用而非走滑作用来适应。

向北延伸的尼科巴段呈现一个过渡状态，其汇聚倾角适中（约25°-40°），这是由于海沟呈顺时针弯曲以及印度板块向东北方向移动造成的，这种状况促进了逆冲作用与海沟平行剪切之间的部分应变分配（Singh等人，2013年；Singh和Moeremans，2017年；Singha等人，2019年）。尼科巴段在形态上表现为一个宽阔、地势低缓的外棱柱体和一个弧形、凸面向海沟的内部棱柱体。下沉的岩石圈与主要的沃顿盆地断裂带相交，年龄较老（约58-79百万年），密度较高，这增强了板块的拉伸作用，形成了中等倾角的板块。这种板块几何特征可能使得分离面有所改变，从而形成了一个内部发生变形的宽阔增生楔形区域。这些条件与形态A的特征相符，即一个宽阔、表面平滑的外楔形区域，其变形主要通过逆冲作用来适应。

在更北方的AN过渡段，汇聚倾角显著增加（超过50%），这促进了强烈的应变分配，并与下沉岩石圈的北向老化和倾角加大相吻合（约83百万年），增强了板块的拉伸作用，促进了诸如板块分段、回撤和弧向剪切等过程（Carton等人，2014年；Singh和Moeremans，2017年；Jensen等人，2021年；Zhang等人，2023年）。这里交替出现的向陆和向海的断层倾向、突起的构造以及褶皱间距的突然变化表明了高度异质的变形。九十东海岭的下沉可能局部限制了沉积物进入海沟，可能会减少海沟填充物，并促进楔形区域内部的强烈变形（Moeremans和Singh，2014年；Lemenkova，2020年）。这些因素共同作用，导致从富含沉积物的宽阔楔形区域向狭窄、结构复杂的棱柱体转变，后者以破坏性的山脊-沟槽模式和不规则的坡度形态为特征。这种形态表明，尽管倾角适中，前沿增生仍然是塑造尼科巴楔形区域的主要过程。

再往北，安达曼段形成了一个明显的机械和结构复杂性区域。汇聚倾角的急剧增加（超过50%）促进了强烈的应变分配，并与下沉岩石圈的北向老化和倾角加大相吻合（约83百万年），增强了板块的拉伸作用，促进了诸如板块分段、回撤和弧向剪切等过程（Carton等人，2014年；Singh和Moeremans，2017年；Jensen等人，2021年；Zhang等人，2023年）。交替出现的向陆和向海的断层倾向、突起的构造以及褶皱间距的突然变化表明了高度异质的变形。九十东海岭的下沉可能局部限制了沉积物进入海沟，减少了海沟填充物，并可能促进了楔形区域内部的强烈变形。这些条件与形态A的特征相符，即一个宽阔、表面平滑的外楔形区域，具有连续的山脊-沟槽模式和向陆倾斜的前缘结构。

在安达曼段，沿着走向的变化在沉积物供应和流体控制的基底耦合方面有所不同，这些因素决定了楔形区域的锥度及其变形风格。在苏门答腊段，海沟 sediment 厚度较大（约4-6公里，Moeremans等人，2014年），直接来源于孟加拉扇和尼科巴扇，并由于缺乏阻挡沉积物的海底地形特征而能够沿着海沟边缘自由积累。这促进了低内部摩擦和高孔隙流体压力，形成了一个锥度较低的楔形区域和宽阔的前沿增生带。这些条件有利于亚临界机械状态，其中变形主要通过前沿增生和向陆倾斜的逆冲作用来调整。这种行为表明了沉积物丰富的边缘区域，其中高效的流体保持作用减弱了板块界面，促进了楔形区域的扩张。这些观察结果与其他沉积物丰富的边缘区域（例如楠凯海槽和卡斯卡迪亚边缘，Davis等人，1983年；Moore和Saffer，2001年；Saffer和Tobin，2011年）相符，并说明了垂直汇聚和厚海沟填充物如何导致宽阔的楔形几何形状。

尼科巴段仍然有大量的沉积物输入，但板块倾角的增加和适度的汇聚倾角引入了部分应变分配和增强的内部变形。尽管如此，流体超压仍然足以维持低基底耦合，使得楔形区域保持亚临界状态并持续增生。这个宽阔的亚临界楔形区域具有组织良好的前缘山脊和复杂的、内部变形的内部棱柱体，其中包括积水盆地和双重构造。Bray和Karig（1985年）以及Moore和Vrolijk（1992年）的研究解释说，厚而未被压实沉积物会增加孔隙压力并降低有效应力，导致基底分离解耦和楔形区域扩张，这些条件证实了尼科巴段的结果。在AN过渡段，海沟 sediment 厚度沿着走向仅有轻微变化。远离九十东海岭影响的区域保留了较厚的沉积物覆盖层，而靠近海岭的区域则显示出沉积物积累的适度减少。总体而言，这些差异较小，仅产生了一个微妙的机械梯度。结构风格反映了这种变化：该段的南部表现出向海和向陆倾斜的双重构造，呈现出类似尼科巴段的锥度较低楔形几何形状，而靠近海岭俯冲带的区域则显示出局部前沿突起结构和稍高的锥度，更类似于安达曼段。这些对比可能是由海岭俯冲和沉积物供应的联合效应造成的。九十东海岭可能在局部限制了海沟填充物，并加强了板块界面的某些部分（Moeremans等人，2014年；Lemenkova，2020年）。这种基底耦合的空间变化与理论模型一致，这些模型表明楔形区域的行为对分离强度和沉积物负荷的微小变化非常敏感（Miyakawa等人，2019年）。

安达曼段代表了系统中高耦合、沉积物匮乏的部分。有限的海沟 sediment 输入导致了较高的基底摩擦和降低的孔隙流体压力，形成了一个狭窄、陡峭的增生楔形区域，以向海倾斜的逆冲作用为主（Moore和Curray，1980年；Curray，2005年）和短波长的褶皱。九十东海岭的下沉起到了持续的沉积物屏障作用（Subrahmanyam等人，2008年），加剧了沉积物匮乏和强烈的基底耦合，从而对安达曼段的楔形几何形状和变形风格产生了首要影响。降低的孔隙流体压力增加了基底断层上的有效正应力，加强了板块界面并促进了强烈的机械耦合。海岭俯冲、倾斜汇聚和陡峭的板块几何特征共同解释了安达曼段观察到的强机械特性和破碎的前缘形态。在全球范围内，马里亚纳海沟也观察到了类似的与回撤相关的伸展现象，其中陡峭的板块倾角和活跃的弧后扩张伴随着板块回撤（Stern，2002年）。因此，前沿增生受到抑制，变形变得局部化，形成了以形态B为特征的强机械楔形区域，具有向海倾斜的逆冲作用和不连续的、被侵蚀的前缘结构。

在苏门答腊-安达曼俯冲系统中，沿着走向的沉积物供应和流体控制的基底耦合的变化决定了楔形区域的锥度和变形风格。在海沟沉积物厚度较大的苏门答腊段，沉积物厚度约为4-6公里（Moeremans等人，2014年），直接来自孟加拉扇和尼科巴扇，并由于缺乏阻挡沉积物的地形特征而能够沿着海沟边缘自由积累。这促进了低内部摩擦和高孔隙流体压力，形成了一个锥度较低的楔形区域和宽阔的前沿增生带。这些条件有利于亚临界机械状态，其中变形主要通过前沿增生和向陆倾斜的逆冲作用来调节。这种行为说明了沉积物丰富的边缘区域，其中高效的流体保持作用削弱了板块界面并维持了楔形区域的扩张。这些观察结果与其他全球沉积物丰富的边缘区域（例如楠凯海槽和卡斯卡迪亚边缘，Davis等人，1983年；Moore和Saffer，2001年；Saffer和Tobin，2011年）相符，并说明了垂直汇聚和厚海沟填充物如何导致宽阔的楔形几何形状。

尼科巴段仍然有大量的沉积物输入，但板块倾角的增加和适度的汇聚倾角引入了部分应变分配和增强的内部变形。尽管如此，流体超压仍然足够维持低基底耦合，使得楔形区域保持亚临界状态并持续增生。这个宽阔的亚临界楔形区域具有组织良好的前缘山脊和复杂的、内部变形的内部棱柱体，其中包括积水盆地和双重构造。Bray和Karig（1985年）以及Moore和Vrolijk（1992年）的研究表明，厚而未被压实的沉积物会增加孔隙压力并降低有效应力，导致基底分离解耦和楔形区域扩张，这些条件证实了尼科巴段的结果。在AN过渡段，海沟沉积物厚度沿着走向仅有轻微变化。远离九十东海岭影响的区域保留了较厚的沉积物覆盖层，而靠近海岭的区域则显示出沉积物积累的适度减少。然而，这些差异总体较小，仅产生了微妙的机械梯度。结构风格反映了这种变化：该段的南部表现出向海和向陆倾斜的双重构造，具有类似于尼科巴段的锥度较低的楔形几何形状，而靠近海岭俯冲带的区域则显示出局部前沿突起结构和稍高的锥度，更类似于安达曼段。这些对比可能是由海岭俯冲和沉积物供应的联合效应造成的。九十东海岭可能在局部限制了海沟填充物，并加强了板块界面的某些部分（Moeremans等人，2014年；Lemenkova，2020年）。这种基底耦合的空间变化与理论模型一致，这些模型表明楔形区域的行为对分离强度和沉积物负荷的微小变化非常敏感（Miyakawa等人，2019年）。

安达曼段代表了系统中高耦合、沉积物匮乏的部分。有限的海沟 sediment 输入导致了较高的基底摩擦和降低的孔隙流体压力，形成了一个狭窄、陡峭的增生楔形区域，以向海倾斜的逆冲作用为主（Moore和Curray，1980年；Curray，2005年）和短波长褶皱。九十东海岭的下沉起到了持续的沉积物屏障作用（Subrahmanyam等人，2008年），加剧了沉积物匮乏和强烈的基底耦合，从而对安达曼段的楔形几何形状和变形风格产生了首要影响。降低的孔隙流体压力增加了基底断层上的有效正应力，加强了板块界面并促进了强烈的机械耦合。海岭俯冲、倾斜汇聚和陡峭的板块几何特征共同解释了安达曼段观察到的强机械特性和破碎的前缘形态。在全球范围内，智利海沟也记录了类似的与回撤相关的伸展现象（Contreras-Reyes和Carrizo，2011年）。总体而言，从苏门答腊到安达曼的楔形区域锥度的沿走向增加反映了从沉积物丰富、流体减弱的亚临界楔形区域向沉积物匮乏、强耦合的接近临界楔形区域的逐步转变。这种转变主要由沉积物调节的流体压力和基底摩擦控制，叠加了汇聚倾角和板块几何的变化。低倾角的俯冲和厚海沟沉积物促进了高孔隙流体压力和宽阔的前沿增生，而增加的倾角和板块北倾角加大则增强了应变分配，减少了前沿增生的效率，并加剧了内部变形。从形态A到形态B的转变也体现在山脊结构上：南部段连续的山脊系统表明了相对均匀的耦合条件，而北部的分段山脊则反映了逐渐增加的机械异质性和局部应变分配。这些沿走向的变化是由于倾角驱动的应变分配、沉积物控制的流体压力和板块几何结构的联合效应造成的。

2004年12月26日的大逆冲地震的北向破裂传播突显了增生楔形区域的机械状态与分段地震行为之间的强相关性（图4）。沉积物丰富、锥度低、强度弱（实际上处于亚临界状态）的苏门答腊和尼科巴楔形区域，其特征是横向连续的山脊-沟槽系统，反映了机械上连贯的变形前沿和相对均匀的基底耦合，表明板块界面上的应力分布较为均匀。这些条件与2004年事件期间南部段持续的破裂传播、大的浅层共震滑移和增强的海啸效率相符。相比之下，AN过渡区显示出分段的山脊结构以及海岭俯冲，表明了明显的机械异质性。这种结构复杂性可能导致该段的破裂速度降低和滑移分布不均。更往北的安达曼段，其强烈的耦合特性、较高的锥度和不连续的山脊模式可能进一步限制了浅层破裂传播，并促进了破裂终止。这些观察结果表明，沿走向的楔形区域机械特性和山脊结构的差异可能影响了2004年大逆冲事件的破裂连续性。

本研究首次提供了跨安达曼-尼科巴-苏门答腊增生棱柱（约197,500平方公里）的连续高分辨率多波束测深数据，并将其与关键的多通道地震剖面进行了整合。这个综合数据集使我们能够解析与灾害评估相关的沿走向的形态构造分段，包括2004年大逆冲事件的破裂走廊。海沟法向剖面、坡度指标和地震数据定义了四个与2004年破裂模式相匹配的沿走向的分段。安达曼段形成了一个狭窄、陡峭的楔形区域，具有短波长的褶皱和向海倾斜的特征，而AN过渡区则显示出受九十东海岭影响的交替倾斜和突起构造。尼科巴段呈现出一个较宽的弧形楔形区域，具有向陆倾斜的前缘，而苏门答腊段发展成为一个宽阔、地势低缓的棱柱体，具有连续的山脊-沟槽系统和浅层分离面。向南延伸，楔形区域的坡度减小，褶皱波长增加，反映了沉积物厚度、基底摩擦和板块年龄/倾角的系统变化，这些变化受九十东海岭和沃顿盆地断裂带等特征的控制。这些梯度也决定了从南部快速、大滑移传播向北部缓慢、分段破裂的转变。

楔形区域的锥度、前沿结构风格和山脊结构共同突出了增生棱柱沿走向的变形变化。尼科巴和苏门答腊段的特点是锥度较低、基底耦合较弱，以及横向连续的山脊-沟槽系统，反映了机械上连贯的变形和分布较广的浅层共震滑移潜力。相比之下，安达曼段表现出较高的锥度、较强的基底耦合和分段的山脊结构，表明机械异质性增加和局部应变集中。AN过渡区代表了一个中间但结构复杂的区域，其特征是山脊连续性变化和耦合性不均。这些特征将海底形态与前缘稳定性、破裂行为以及与海啸相关的区域潜在的浅层滑移联系起来。

未引用的参考文献：
Bock等人，2003年；Tripathi，2018年；Vallée，2007年。

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