青藏高原東南緣地殼上地幔三維S波速度結構及動力學意義

2021-01-08 騰訊網

青藏高原東南緣是研究青藏高原介質變形和物質運移的重點區域。前人在該區域進行了大量的地球物理研究。大量面波、體波成像及大地電磁成像結果都在該區域的中下地殼中觀測到了兩條低速帶或高導層。不過受限於成像方法和臺站分布範圍, 前人的研究結果並未能很好的檢驗這兩條低速帶之間的連通性。

中國科學技術大學的博士研究生張智奇和導師姚華建教授，及相關團隊成員，在此區域進行了高解析度地震學成像研究, 揭示這兩條殼內低速帶的連通性及其成因，並提出該區域地殼和上地幔主要存在三種動力學模式。該研究以「青藏高原東南緣地殼上地幔三維S波速度結構及動力學意義」為題，發表於《中國科學: 地球科學》2020年第9期。

該研究主要利用青藏高原東南緣固定臺站記錄的10年地震瑞利面波數據和1年背景噪聲數據，採用面波三維直接反演方法得到該區域較精細的地殼上地幔三維S波速度(VSV)結構模型。新模型同樣發現在研究區域中下地殼存在兩條低速帶，分布在松潘-甘孜塊體與川滇菱形塊體西北部地區, 以及小江斷裂帶及其東側的雲貴高原地區；而在雲南中部峨眉山大火成巖省內帶地殼中觀測到了一個非常明顯的柱狀高速體。該高速體在在安寧河-則木河斷裂帶附近將兩條殼內低速帶隔開（圖 1）。

圖1青藏高原東南緣兩條殼內低速帶(灰色陰影區域, 對應於殼內Vsv=3.4km/s的等值面) (a)和高速的峨眉山大火成巖省(藍色曲面, 對應於殼內Vsv=3.65km/s的等值面) (b)的三維可視圖

研究者認為西北側的低速體可能來自於青藏高原殼內物質的擠出，而小江斷裂帶及東側的低速體則很可能是其地殼本身增厚導致了殼內長英質物質發生塑性變形甚至部分熔融而造成的。此外, 小江斷裂帶中下地殼呈現顯著的正徑向各向異性 (VSH>VSV)也增強了VSV結構的低速異常幅度. 小江斷裂帶的殼內低速異常體向南跨過紅河斷裂帶延伸到越南北部, 其形成可能與上地幔熱源密切相關. 在上地幔頂部, 紅河斷裂以南的印支和華南塊體中出現了大範圍的低速異常, 並隨著深度增加逐漸沿著小江斷裂帶向北延伸進入揚子克拉通。基於成像結果, 研究者認為青藏高原東南緣正同時經歷三種不同模式的構造運動: (1) 上地殼物質強度較大, 在大型走滑斷層的控制下呈剛性擠出; (2) 中下地殼存在被較高強度物質分隔開的兩片黏塑性物質區域, 在區域應力場和斷裂帶的控制下向南發生塑性運移; (3) 紅河斷裂以南的上地幔主要受控於大規模的軟流圈物質上湧, 與巖石圈拆沉和緬甸下方印度板塊的東向俯衝與後撤密切相關。

這項研究結果為青藏高原東南緣的殼內低速帶的連通性和成因以及殼幔動力學過程提供了新的認識，對該區域今後的動力學研究具有十分重要的參考價值。

該項目得到了國家重點研發計劃項目(編號: 2018YFC1503400)和中國地震科學實驗場項目(編號: 2018CSES0101)資助。

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