基于P波三重震相研究华南和青藏高原地区上地幔速度结构

来源 :中国地震局地球物理研究所 | 被引量 : 2次 | 上传用户:lcsj652
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上地幔尤其是地幔过渡带和岩石圈速度结构的研究对探测地幔温度、化学组分、地幔对流以及岩石圈破坏等相关动力学问题意义重大。华南块体由扬子克拉通和华夏地块两个微陆块在新元古代晚期碰撞拼合而成,经历过多期强烈的构造运动,是研究太平洋板块俯冲和岩石圈减薄机制的最佳场所。而青藏高原则是研究陆一陆碰撞的野外实验室,自新生代印度板块与欧亚板块碰撞以来,吸收了至少1700km的南北向缩短量,其隆升机制和变形过程是重构青藏高原演化过程的关键。本文首先介绍了上地幔间断面的成因及其研究意义,然后总结了上地幔速度结构探测的常用方法及研究进展,重点讨论三重震相方法对上地幔速度结构的研究。采用更准确的震源参数和相对可靠的初始模型对于三重震相波形拟合非常重要。我们分别对每个事件的远震记录利用时域迭代反褶积技术计算了震源时间函数和震源深度,并提出利用三重震相相对到时差反演初始速度结构模型。在此基础上,结合试错法波形拟合获取最佳模型,该方法便于今后大量高效准确地处理观测数据。基于“中国地震科学台阵探测”项目一期350个流动地震台站以及中国地震台网固定台站的观测记录,本文采用三重震相波形拟合技术,分别获得了华南地区(改进后的三重震相方法)以及青藏高原地区(传统三重震相方法)地幔过渡带和岩石圈速度结构。结合研究区域的地质、地球物理资料,探讨其可能的动力学机制。华南地区研究结果显示,中扬子克拉通下方过渡带底部存在高速异常,系中侏罗世太平洋板块俯冲至欧亚板块下方的滞留体,异常南界约27°N,向西止于南北重力梯度带(约110°E),俯冲板块并未穿透660-km的阻力到达下地幔,而是滞留在过渡带底部,使660-km下沉约11km。而华夏地块过渡带速度结构特征基本与IASP91一致。在整个华南地区,410-km上方约300-400km深度范围内普遍存在低速层(1.38%-2.29%),推测与地幔橄榄岩的部分熔融有关。此外,研究区域内岩石圈普遍存在减薄(<80km),推测可能是太平洋板块的俯冲和快速回撤导致岩石圈拆沉减薄。且华夏地块减薄幅度较大,软流圈速度较小,说明其上地幔强度较弱、温度较高。自晚白垩起,太平洋板块的东向回撤使得中国大陆东部应力环境由挤压转变为拉张,此前增厚的大陆地壳与岩石圈地幔一起发生重力垮塌导致减薄,而岩石圈的拆沉引起软流圈物质上涌,诱发华南地区晚中生代广泛而强烈的岩浆活动。青藏高原地区南北向剖面的研究结果表明,拉萨和羌塘地块下方过渡带底部存在高速异常,推测是印度俯冲板块的残余,说明印度板块的俯冲前缘已经到达班公怒江缝合带。过渡带底部的低温高速滞留体,使得660-km相变滞后,下沉约3—8km。此外,从拉萨、羌塘到松潘甘孜地块,由南向北岩石圈高速盖层速度逐渐减小,到松潘甘孜地块甚至出现缺失。推测在羌塘和松潘甘孜地块上方,此前增厚的欧亚岩石圈在小规模地幔对流或者热不稳定性作用下发生拆沉,拆沉的欧亚岩石圈可能部分停留在410-km上方,部分已进入地幔过渡带。而松潘甘孜地块过渡带中幅度较小的高速异常很可能是拆沉的欧亚岩石圈进入地幔过渡带的体现,拆沉的冷的欧亚岩石圈使得过渡带内410-km抬升约10km,660-km下沉约8km,使得地幔过渡带厚度增加。
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