青藏高原东南缘地壳上地幔速度结构与变形特征研究

来源 :张智奇 | 被引量 : 0次 | 上传用户:WW630228937
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印度和欧亚板块的陆陆碰撞一直是地学界研究的热点,其导致了新特提斯洋的闭合以及青藏高原的隆升。过去几十年里科学家们提出了多种理论模型来解释青藏高原及周边地区的构造变形过程,尤其是岩石圈物质的运移,不过目前仍没有单独一种模型可以解释所有观测到的地质和地球物理现象。青藏高原东南缘主要位于东喜马拉雅构造节的东北部,主要包括云南大部分区域和四川的西部。青藏高原东南缘是青藏高原物质运移的最主要的通道之一,因此对青藏高原东南缘的研究对于理解板块碰撞后青藏高原的变形机制和物质的运移方式是至关重要的。该区域由多个次级块体组成,增生和变形的历史极为复杂,这些块体在从古生代到现今的不同时期都处于活跃状态,并在该地区的演化过程中多次被重新激活。活跃的构造环境也使得该区域存在大量的陆内强震,因此在该区域进行成像研究对于地震灾害风险防范也是具有重要帮助作用的。在本论文中我们利用布设在青藏高原东南缘的固定台站记录的背景噪声和地震面波数据,提取出了周期范围在5-150 s的瑞利波相速度频散。通过面波直接反演方法得到了该区域从地壳至上地幔深度范围的三维横波速度模型和方位各向异性结构。地壳部分横向分辨率可以达到1°×1°,上地幔部分横向分辨率为1.5°× 1.5°。速度结构可以为地下介质异常体的空间分布提供强有力的约束,而各向异性特征则可以进一步的表征地下介质的应力应变情况。我们的速度模型表明,在上地壳,低速异常主要位于断层附近,并且呈现出平行于断层的较强的方位各向异性,块体内部呈现高速异常以及弱方位各向异性,表明块体内部相对坚硬并可能在大型走滑断裂带控制下向东南运移。在中下地壳,则存在被一个位于云南中部地区的柱状高速体所分隔开的两个大范围低速带,其呈现出很强的各向异性并且快波方向近平行于低速带走向。我们认为西侧松潘-甘孜块体下方的低速异常体主要是由青藏高原中部黏塑性物质向东南方向运移和挤出形成的,而小江断裂带及其东侧区域下方的低速带是由于地壳增厚导致的部分熔融形成的。分隔开这两个低速带的柱状高速体位于峨眉山大火成岩省的内带且表现为相对较弱的方位各向异性,其很可能是峨眉山大火成岩省形成时地幔柱的柱头侵入地壳中留下的基性-超基性物质所形成的。在上地幔,扬子克拉通依然保留着坚硬的岩石圈,但是其南侧的印支和华夏块体中却出现了大范围的上地幔低速异常,并且随深度增加逐渐延伸到扬子克拉通的西缘。该上地幔低速异常主要与该区域的岩石圈发生拆沉减薄,以及印度板块的东向俯冲脱水导致的热物质上涌密切相关。热物质上涌导致了弱的方位各向异性,但是在碰到印支块体和华夏块体岩石圈的底部后产生了横向的流动,从而形成了近东西向的方位各向异性。综上,青藏高原东南缘从地壳到上地幔可能正同时经历三种不同模式的构造运动:在上地壳,刚性块体沿着主要的走滑断层运移,呈现刚体挤出模式;在中下地壳,存在大范围的壳内黏塑性物质,在区域应力场的影响和走滑断裂带的控制下呈塑性流动,在局部区域符合地壳流模式;到了上地幔,南部的印支块体和华夏块体发生了显著的岩石圈拆沉减薄以及软流圈物质上涌,并逐渐影响到扬子克拉通的西缘。接着我们将研究区域聚焦到青藏高原东南缘东北部的四川盆地,基于固定台以及流动台的背景噪声数据提取得到了 3-50 s的瑞利波相速度频散,并反演得到了四川盆地及周缘地壳及上地幔顶部的高精度三维S波速度模型和方位各向异性结构。各向同性横向分辨率可以达到0.6°× 0.6°,各向异性的横向分辨率为0.8°× 0.8°。我们的模型展示出了强烈横向速度结构变化。川西坳陷由于巨厚的沉积呈现出很弱的方位各向异性;川中隆起区域作为一个微型陆块,呈现出垂向连续的化石各向异性;川东褶皱却呈现出较强的且近似正交的两种方位各向异性模式,表明该区域经历强烈的构造变形。威远和长宁则正好处于川东各向异性模式变化的区域,因而这两个区域的构造应力分布十分不均匀,从而有利于地震的孕育。盆地西缘龙门山断层附近各向异性快波发生明显分叉,表明了青藏高原东缘壳内低速物质很可能受到了坚硬四川盆地的阻挡。我们的研究成果揭示了青藏高原东南缘及四川盆地在不同深度下的构造变形机制,为我们理解青藏高原的物质挤出和运移过程,壳幔耦合特征以及地震分布及孕育背景提供了新的地球物理学证据。
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