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蒙古中南部地区与青藏高原东北缘地震面波层析成像

余大新  
【摘要】:青藏高原东北缘与蒙古高原分别受到印度-欧亚板块碰撞的直接影响和远场效应作用,对两个地区开展深入研究对我们了解碰撞导致的变形和构造运动、以及碰撞作用的边界范围有着重要的意义。基于现有的台阵观测数据,我们分别开展了蒙古中南部地区与青藏高原东北缘地震面波层析成像。 1.蒙古中南部地区 位于中亚造山带腹地的蒙古地区,是公认的研究大陆岩石圈变形的关键地方之一。由于之前地震资料的不足,我们对其认识十分匮乏的。本研究收集了架设在蒙古中南部的69个地震台站观测数据。运用小波变换频时分析技术提取了7181条Rayleigh波和901条Love波台站间相速度频散。采用Continuous Regionalization的方法构建了蒙古中南部地区12-80s周期内的相速度及其方位各向异性分布图。与已有结果相比,本文结果具有更高的分辨率。基于获得的纯路径频散,遵循Montagner提出的各向异性表述,采用非线性最小二乘算法,我们逐点反演了研究区内每个格网点下的相关参数,获得了蒙古高原中南部地区三维SV波的速度结构分布。结果表明: (1)中戈壁带在整个地壳和上地幔顶部都表现为低速异常,且深度大致延伸到70km左右,其各向异性强度较弱且快波方向较为杂乱。地质资料也显示在中戈壁带有大量分布的新生代火山岩,可以推断出露的火山岩跟中戈壁带地壳和上地幔顶部的低速结构有直接关系,且中戈壁带下方可能存在垂向的地幔流。 (2)在蒙古主断裂带(MML)两侧,S波速度结构与方位各向异性都表现出来极大的差异,证实了该断裂带的存在且可能延伸到整个岩石圈。 (3)在主断裂带(MML)以南的南戈壁带,地壳内方位各向异性表现出NNE-SSW方向,推测跟印度-欧亚板块碰撞产生的远程效应有关。进入上地幔后,南戈壁带相速度方位各向异性主要表现出NWW-SEE的方向,非常接近APM方向。这可能表明南戈壁带上地幔方位各向异性受地幔流动的影响。地壳与上地幔表现出来的完全不同的方位各向异性特征,可能暗示南戈壁带地壳与上地幔变形是解耦的。 (4)杭爱-肯特山盆地及其周边地区的方位各向异性在我们给出的周期范围内基本上保持为NNW-SSE的方向,表现出垂直连贯变形的特征。其快波方向垂直于贝加尔湖裂谷,与裂谷张开的方向一致,我们推测该区域的应力场受到贝加尔湖裂谷的控制。 2.青藏高原东北缘 利用青藏高原东北缘地区固定和流动地震台网2007年8月到2012年1月期间记录的远震波形,运用小波变换频时分析方法分别测定了1216和653条周期从15到140s的台站间基阶Rayleigh相速度和群速度频散曲线。通过对上述频散进行反演,重构了青藏高原东北缘分辨率高达0.5°×0.5°的2-D相速度和群速度分布图。然后通过对所提取到的每个格网点Rayleigh波相速度和群速度频散进行联合反演,得到了研究区下方一维S波速度结构。最后通过线性插值,得到了青藏高原东北缘下方地壳上地幔三维S波结构。结果表明: (1)在本文的速度结构图上,班公-怒江缝合带下方存在显著的深达180km的高速异常,我们推断位于班公-怒江缝合带下面的高速块体可能就是印度板块,这表明印度板块的前缘已经俯冲到了班公-怒江缝合带附近。 (2)我们的结果显示在青藏高原东北缘的柴达木盆地北部和祁连山地块下面100-250km深处存在板片状高速异常体。结合已有的研究结果和该高速异常体的形态,我们推测此高速异常体可能就是亚洲板块,其前缘已经抵达柴达木盆地北部,且没有明显的向南俯冲的迹象。 (3)在印度、亚洲岩石圈地幔中间,我们可以看到显著的延伸到250km深度的低速异常,此低速且低阻异常体的深度远超过南侧的印度板块和北侧的亚洲板块,可能是地幔物质底辟上涌现象造成的。


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