強(qiáng)烈構(gòu)造區(qū)地殼上地慢速度及各向異性結(jié)構(gòu)研究.pdf

1、地殼上地幔是地球板塊運(yùn)動(dòng)、海底擴(kuò)張、地震、火山、地?zé)岬然顒?dòng)的主要場(chǎng)所。要了解地球的動(dòng)力學(xué)過程，探索地震火山等災(zāi)害的發(fā)生規(guī)律，需要對(duì)地殼及上地幔進(jìn)行深入研究。基于地震波資料通過各種反演方法研究地殼上地幔速度及各向異性結(jié)構(gòu)，在整個(gè)地球科學(xué)研究中占有重要地位。在過去的數(shù)年間，由于寬頻帶數(shù)字地震臺(tái)站在地球上的覆蓋日益密集，全球和區(qū)域的臺(tái)站觀測(cè)數(shù)據(jù)較以往有了大量的增加，從而為我們對(duì)重點(diǎn)區(qū)域地殼上地幔精細(xì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究提供了有利條件。對(duì)于上地幔頂部，

2、在莫霍界面發(fā)生臨界折射而沿界面?zhèn)鞑サ腜n和Sn震相是研究該處體波速度結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵資料。使用Pn和Sn波走時(shí)可以更高的射線密度，對(duì)上地幔頂部的速度及各向異性分布獲得高精度和高分辨率。對(duì)于地殼部分的研究，面波可以提供地殼不同深度的豐富信息。尤其是隨著地震噪聲互相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，利用噪聲得到的短周期面波可以為研究地殼淺層結(jié)構(gòu)提供很大幫助。
　　 青藏高原地區(qū)是全球最重要的陸陸板塊碰撞地區(qū)，該區(qū)域現(xiàn)代構(gòu)造運(yùn)動(dòng)活躍，構(gòu)造復(fù)雜，是地球科學(xué)研究的

3、熱點(diǎn)地區(qū)之一。印度板塊與歐亞板塊的碰撞過程還在進(jìn)行，它對(duì)中國(guó)西部及周邊地區(qū)的大地構(gòu)造有著及其重要的影響。由于地球內(nèi)部速度及各向異性結(jié)構(gòu)記錄了大量板塊碰撞行為歷史的信息，因此，利用地震層析成像對(duì)青藏高原地區(qū)上地幔頂部速度及各向異性結(jié)構(gòu)進(jìn)行反演，對(duì)研究板塊碰撞及俯沖的特征，研究高原演化過程以及地震分布規(guī)律等重要問題具有重要意義。我們對(duì)上地幔頂部層析成像方法進(jìn)行了一定改進(jìn)，并利用從國(guó)際地震中心以及國(guó)內(nèi)臺(tái)網(wǎng)獲得的大量Pn及Sn波走時(shí)數(shù)據(jù)，得到了

4、分辨率高于前人的該地區(qū)上地幔頂部地震波速度和各向異性成像模型。反演結(jié)果顯示，研究區(qū)域Pn波的平均速度為8.15km/s，Sn波平均速度為4.6km/S。印度板塊、塔里木盆地、四川盆地、柴達(dá)木盆地等區(qū)域?yàn)楦咚賲^(qū)，阿富汗、云南緬甸以及青藏高原雅魯藏布江縫合線以北部分區(qū)域呈現(xiàn)低速。與火山相關(guān)的高溫或者部分熔融，是造成阿富汗及云南緬甸地區(qū)上地幔頂部地震波低速的原因。在青藏高原地區(qū)反演結(jié)果支持印度板塊巖石圈存在向地幔的俯沖，俯沖過程中熱物質(zhì)的上涌

5、造成在雅魯藏布江縫合帶以北存在明顯的Pn及Sn波低速區(qū)域。而印度板塊的高速及青藏高原內(nèi)部的低速區(qū)，在東西方向上有一定的不連續(xù)性，表明印度板塊很可能不是以一個(gè)整體運(yùn)動(dòng)，而是分塊以不同的速率及方向運(yùn)動(dòng)。Pn波速度各向異性一般認(rèn)為是由于上地幔物質(zhì)緩慢流動(dòng)而造成的橄欖巖晶體的定向排列，它與應(yīng)力狀態(tài)、板塊運(yùn)動(dòng)演化的歷史有密切的關(guān)系。在印度板塊向西北與歐亞板塊的碰撞邊界地區(qū)以及印度板塊與青藏高原碰撞的邊界地區(qū)，均存在快波方向與板塊碰撞的邊界平行的P

6、n波各向異性。這很可能是因?yàn)榘鍓K碰撞區(qū)域存在的擠壓應(yīng)力使得上地幔頂部的橄欖巖晶體趨向于沿平行于碰撞邊界的方向排列。在藏東川西地區(qū)，Pn波各向異性的快波方向呈現(xiàn)北西南東向，這與該地區(qū)GPS觀測(cè)的大地運(yùn)動(dòng)方向一致，表明從青藏高原向東擠出的物質(zhì)在該區(qū)域存在向東南方向的運(yùn)動(dòng)，造成橄欖巖晶體沿運(yùn)動(dòng)方向排列，該區(qū)域Pn波快波方向與SKS快波方向一致，說明該地區(qū)巖石圈與深部是耦合的。
　　 伊朗及周邊地區(qū)是另外一個(gè)研究陸陸板塊碰撞的重要區(qū)域。

7、該地區(qū)構(gòu)造主要受阿拉伯板塊與歐亞大陸的碰撞所影響，造成了伊朗高原和扎格羅斯山脈的抬升，并存在與俯沖有關(guān)的火山及地震分布，構(gòu)造活動(dòng)復(fù)雜。為了更好的了解伊朗地區(qū)板塊碰撞及俯沖的機(jī)制和特點(diǎn)，我們利用地震走時(shí)對(duì)該地區(qū)上地幔頂部地震波速度及各向異性分布進(jìn)行了反演研究。首先我們利用P波走時(shí)曲線，擬合得到了伊朗地區(qū)地殼參考模型，然后進(jìn)行反演。該地區(qū)Pn波的平均速度為8.0km/s，Sn波平均速度為4.55km/s。在扎格羅斯山脈地區(qū)及里海地區(qū)，地震波

8、顯示明顯的高速；在高加索地區(qū)、厄爾布爾士地區(qū)及伊朗東南部地區(qū)，地震波呈現(xiàn)低速。阿拉伯板塊海洋巖石圈具有高的Pn及Sn波速度，其前沿到達(dá)扎格羅斯縫合線，縫合線以東出現(xiàn)與俯沖相關(guān)的低速區(qū)。在高加索及厄爾布爾士地區(qū)，有明顯的上地幔頂部地震波低速區(qū)與火山分布相對(duì)應(yīng)，顯示上地幔頂部物質(zhì)存在與火山相關(guān)的高溫或者部分熔融。各向異性反演結(jié)果顯示，在高加索地區(qū)Pn波各向異性快波方向平行于板塊運(yùn)動(dòng)方向。該地區(qū)的Pn低速顯示其上地幔頂部物質(zhì)可能存在部分熔融，

9、部分熔融的物質(zhì)易沿運(yùn)動(dòng)方向定向排列，從而形成與板塊運(yùn)動(dòng)方向平行的Pn波各向異性。在里海地區(qū)，各向異性結(jié)果顯示其大洋巖石圈晶體沿板塊拉張方向排列。在伊朗微板塊與歐亞板塊以及阿拉伯板塊的碰撞帶地區(qū)，Pn波快波方向平行于板塊碰撞邊界及走滑斷層方向，這表明垂直于碰撞邊界的擠壓力以及平行于碰撞邊界的拉張作用使得上地幔頂部的橄欖巖晶體趨向于沿平行于碰撞邊界的方向排列。
　　 黃石火山是全球最大的火山之一，對(duì)黃石火山地區(qū)的監(jiān)測(cè)和機(jī)理研究是是地

10、球物理工作熱點(diǎn)。前人研究發(fā)現(xiàn)，在地殼內(nèi)存在地震波低速層，這表明地殼中可能有巖漿囊的存在，而對(duì)地下巖漿存儲(chǔ)特征的研究將有助于對(duì)該地區(qū)整體火山活動(dòng)性的深入了解。我們利用該地區(qū)臺(tái)站記錄的地震背景噪聲，通過互相關(guān)計(jì)算得到短周期面波，根據(jù)面波頻散數(shù)據(jù)對(duì)該地區(qū)地殼淺層結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析。利用頻散曲線反演，我們首先給出了黃石外圍地區(qū)地殼模型。然后以前人接收函數(shù)研究成果為基礎(chǔ)，對(duì)黃石火山地區(qū)地殼淺層橫波低速層的具體速度值進(jìn)行了分析。結(jié)果表明，該低速層的橫波