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青藏高原地壳上地幔三维速度结构及其地球动力学意义

郑洪伟  
【摘要】: 青藏高原地壳上地幔的速度结构是印度板块与欧亚板块碰撞行为的直接结果,它们在深部三维空间的分布与变化记录了两大板块的碰撞过程,特别是现在正在进行的行为状态,是研究青藏高原隆升机制与动力学过程所要依据的基础信息。在青藏高原,印度板块与欧亚板块碰撞过程正在进行,地震活动频繁,可以通过深部地球物理探测揭露板块碰撞过程各种行为,发现高原隆升的奥秘和揭示陆一陆碰撞动力学机制。因而,青藏高原是发展板块构造理论的天然实验室,也是运用宽频地震观测数据,对地壳上地幔结构进行速度成像的风水宝地。 本论文研究应用赵大鹏教授的Tomo3D层析成像程序来反演青臧高原的地壳上地幔的三维速度结构。本论文收集了所有公丌发表的在青藏高原开展的流动台网和固定台站的天然地震数据。如此多台网数据的层析成像反演在青藏高原的研究中尚属首次。而且本次研究覆盖了恒河平原,向北一直可以连续追踪到塔里木盆地和柴达木盆地。已经具备了追踪印度板块俯冲形态的条件,并且能够为进一步研究青藏高原的隆升机制提供新的重要的信息。 本论文利用305个流动和固定地震台站接受的9649个地震事件,共139,021条远震P波射线,其中大部分数据是作者花费了三个月的时间手动拾取的P波初至。对青藏高原做的层析成像研究,得到了印度岩石圈地幔俯冲的清晰图像,给出了羌塘地体之下的大范围低速体的大体形态,并对青藏高原内部的一些地质现象进行了讨论。主要结论如下: 1)青藏高原地壳部分速度异常分布与地表构造走向大体一致,以近东西向为主;而在岩石圈地幔及其以下部则以近南北向为主。 2)喜马拉雅地体显示为明显的地壳低速。在75km深处存在明显的东西向分块特征。推测可能是造山后东西向伸展作用的结果。 3)青藏高原岩石圈地幔发育的北北东方向低速带位置与近南北向负的航磁异常位置相当。表明近南北向负的航磁异常的产生可能受控于此低速带。两者发现一起证实,青藏高原地壳内存在巨型的近南北向伸展构造。 4)青藏高原内部最大的裂谷亚东—谷露裂谷在地壳部分明显存在于高低速带之间。在岩石圈地幔部分表现为高速,而岩石圈地幔之下又转变为明显的低速。这表明深部的活动影响着裂谷的形成和发育。 5)印度板块内部高低速相间分布,但总体上表现为高速。印度岩石圈在未碰撞之前比较连续,俯冲到青藏高原之下,高速的印度岩石圈地幔在不同位置俯冲的角度和俯冲前缘也不同。印度岩石圈地幔俯冲的形态沿东西向并非均匀变化,但总体上呈现东西部俯冲深度浅,中间俯冲较深的下凹的“勺状”。 在西部,塔里木岩石圈以高角度向南俯冲到西昆仑造山带之下,并与向北俯冲的印度岩石圈地幔发生面对面的碰撞。 在中部,印度岩石圈地幔从恒河平原一直向北,在MBT之下的100 km深度处以约22°角开始向北俯冲。在越过IYS以后俯冲角度加大,最北端到达羌塘中部地区,约北纬34°。 在东部,印度地幔从恒河平原100 km深度处几乎水平地插入到了青藏高原之下,向北越过班公—怒江缝合带,到达北纬33°附近,然后以大角度近乎垂直地向下俯冲拆沉。 6)随着碰撞发生,印度板块的地壳部分在藏南发生熔融。层析成像的图像显示印度板块地壳的俯冲受到喜马拉雅地体低速体的阻挡,俯冲的距离不是很远。 7)在羌塘地体下方有一个大规模的,类似于地幔柱的低速体。如此大规模的低速体不可能是部分熔融的产物,从其所在位置和延伸深度来看,可能是印度岩石圈地幔的俯冲、断离,北部柴达木地块阻挡,在此区引起的热扰动,升高了区内的温度而引起的速度降低,引发地幔物质沿着俯冲的印度岩石圈地幔表面上涌引起的。高原北部火山活动多,波速低,可能是这一热流上涌的直接结果。 8)层析成像的图像没有显示出亚洲板块向南的俯冲。但是剖面北边地震台站稀少,这一结果尚须验证。


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