南北地震带壳幔结构成像研究

【摘要】对地壳和上地幔的速度结构进行成像是研究地球深部结构及动力学问题的一个有效途径。南北地震带地区是青藏高原与相邻块体的过渡带,这里的地质构造十分复杂,地震活动频繁。在南北地震带地区进行壳幔结构成像研究,有利于提高对青藏高原及其与相邻块体相互作用等地球动力学问题的认识。本文旨在获取南北地震带地区的壳幔结构,利用接收函数方法获取了南北地震带地区的Moho面深度和泊松比分布,应用走时层析成像方法反演了南北地震带南段的P波速度结构,基于背景噪声资料反演了南北地震带中段S波速度的分布,以及使用地震面波数据获取了南北地震带地区的Rayleigh波和Love波相速度和S波速度的分布。经对所获结果的分析和讨论,本文得到以下几点主要结论：(1)南北地震带地区的Moho面深度分布呈从东向西逐渐变深的趋势,与地表地形的变化趋势有很好的对应关系。研究区内最薄的地壳厚度位于扬子克拉通南部(约27kmm),而最厚的地壳厚度位于松潘-甘孜地体西部(约70kmm)。测量泊松比值的大小是衡量地壳矿物组分的一个重要地震学手段。本文测得的泊松比分布显示了强烈的横向不均匀性,扬子克拉通的泊松比(0.231)最低,表明了这里的地壳组分更多的为长英质矿物,鄂尔多斯块体、祁连造山带、秦岭-大别造山带、松潘-甘孜地体和四川盆地地区的泊松比值(0.24≤v≤0.27)中等,川滇菱形块体的泊松比(0.287)最高,表明了这里的地壳组分富铁镁质矿物。在川滇菱形块体北部的局部地区泊松比值大于0.30,结合已有的其他地球物理参数(如低电阻率、低S波速度和高热流值等),认为该区域的地壳内部物质可能存在部分熔融。(2)南北地震带南段地壳表层的P速度结构呈条带状分布,与川滇菱形块体周围的断裂带走向相近。在腾冲火山地区,可以发现向下延伸至深度约400km的低速异常体。在四川盆地和扬子克拉通下方发现了较强的高速异常,该高速异常在已有的层析成像结果中也可以得到证实。在川滇菱形块体下方50km深度上,分布着较强的低速异常,该低速异常的分布区域与本文获取的高泊松比值分布区域相似。本文认为由泊松比异常推断的壳内部分熔融物质更可能存在于中下地壳内。(3)南北地震带中段的S波速度结构以龙门山断裂带为界,东、西两侧的S波速度在不同深度上具有截然相反的分布特征。在浅部,东侧的四川盆地受地表沉积的影响,分布着较低的S波速度；西侧的青藏高原东缘浅层以基岩为主,分布着较高的S波速度。在深部,四川盆地地区的S波速度较高,而青藏高原东缘的S波速度则较低。另外,青藏高原东缘的中下地壳分布着明显的S波低速层。(4)南北地震带地区不同周期的Rayleigh波和Love波相速度具有不同的分布特征,不同深度上的S波速度也具有不同的结构特征。在10s的短周期上,沉积较厚的四川盆地分布着较低的Rayleigh波和Love波相速度,青藏高原东部的造山带地区分布着较高的相速度,这与10km深度上的S波速度结构有类似的分布趋势。在20s至40s的周期上,Rayleigh波和Love波的相速度主要反映了中下地壳的速度结构,其相速度分布以祁连造山带、龙门山断裂带、安宁河断裂带和小江断裂带为界,西侧的高原地区分布着较低的相速度,东侧的阿拉善块体、鄂尔多斯块体、四川盆地和扬子克拉通分布着较高的相速度。在中下地壳深度上,松潘-甘孜地体和川滇菱形块体内分布着较强的S波低速异常。在90km至120kmm深度的上地幔中,靠近喜玛拉雅东构造结的鲜水河断裂带西南方向出现了较强的S波高速异常,该高速异常有可能与印度岩石圈沿喜玛拉雅东构造结下插到青藏高原东南缘下方有关。川滇菱形块体的中下地壳为低速异常,而上地幔为高速异常,本文认为这为该区域的壳幔动力学解耦提供了必要条件。(5)在松潘-甘孜地体和川滇菱形块体的中下地壳,依据本文所获取的P波低速异常、Rayleigh波和Love波相速度低速异常以及S波低速异常,并结合其他人利用不同方法得到的低P波和S波速度、高热流值和低电阻率等异常,本文认为这些异常有可能是在松潘-甘孜地体和川滇菱形块体的中下地壳存在地壳流的地震学证据。受印度板块与欧亚板块相互碰撞的影响,青藏高原地壳物质不断由中下地壳向东侧流动,但受到刚性的四川盆地阻挡,地壳物质则流向东北和东南方向,这引起了青藏高原东缘的强烈地壳变形及其与相邻块体的强相互作用,同时导致了该区域具有较强的地震活动性,诱发了如汶川、芦山等大地震的发生。
【作者】徐小明；
【导师】丁志峰；
【作者基本信息】中国地震局地球物理研究所，固体地球物理学，2014，博士
【关键词】南北地震带；接收函数；层析成像；P波走时；背景噪声；面波；频散曲线；

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