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中国西南地区的接收函数和面波层析成像研究

王未来  
【摘要】:中国西南地区是由不同地质历史时期的许多微小板块拼贴而成,是特提斯构造发育的重要区段;同时,该地区在西藏高原物质向东挤出、地壳增厚和下地壳流模型中,都扮演了极为重要的角色。因此,研究中国西南地区壳幔特征对于深入理解特提斯构造特征和青藏高原构造活动机制具有重要意义。区内分布有大量深大断裂带,自20世纪70年代以来,该区域相继发生了一系列M7.0强震,强震活动给当地造成了巨大经济损失和人员伤亡。开展中国西南地区深部构造特征的详细研究,对于认识该区大地构造、地壳演化和地震成因乃至强震活动趋势都具有非常重要的意义。 近年来,中国地震局利用“地震科学探测台阵系统”的观测设备在中国西南地区开展了多个大规模流动地震台阵观测,研究区流动和固定宽频带地震台站数量超过900个,平均台间距小于40km。本文将充分利用流动地震台站和固定台站的观测资料,采用P波接收函数H-κ叠加技术获得地壳厚度和泊松比的分布图像;采用P波接收函数三维偏移成像获得上地幔过渡带速度间断面的空间分布图像;采用S接收函数偏移成像研究岩石圈底界面的横向变化;利用面波层析成像获得周期达100s以上瑞利波相速度分布图像;采用接收函数和面波联合反演技术,揭示横跨重要构造边界200km深度范围的S波速度结构。 总体而言,中国西南地区地壳厚度变化与构造背景具有一致性。地壳厚度从西北部的约60km向东北、东南、西南向呈弧形状减薄,其中东南部和西南部最薄约30km。松潘甘孜地块的平均地壳厚度为60km,向东剧烈减薄到四川盆地的45km,向东南方向减薄相对缓慢,显示出青藏高原东向物质逃逸被四川盆地阻止后,进一步向东南逃逸的特征。中、高泊松比(σ≥0.26)主要分布在松潘甘孜地块、攀枝花-峨眉山一带、四川盆地、腾冲地块。这些区域断裂带分布密集交错,呈现出较强的地壳活动特征。四川盆地西南部和攀枝花-峨眉山一带存在高密度、较高的P波速度。高密度、高波速与高泊松比说明地壳存在较多的镁铁质成分,这可能与峨眉山玄武岩分布有关。而鲜水河南段-小江断裂穿过攀枝花-峨眉山地区北部,下地壳局部熔融引起的高泊松比与中上地壳镁铁质引起的高泊松比叠加,在此区域出现了研究区内最高值泊松比的分布。腾冲地块分布有活动火山,TNC.YN高达0.32的高泊松比表示地下有熔融或半熔融的岩浆囊存在,这与该区域下方的低波速相一致。低泊松比(σ≤0.26)主要分布在研究区的东南部:扬子克拉通、华夏地块、滇缅泰地块。在排除沉积层影响的情况下,位于红河断裂附近台站相对周围台站具有相对较高的泊松比(部分台站泊松比达0.28-0.30),而上地幔顶部速度偏低并且速度结构具有壳幔过渡带特征,暗示着红河断裂为超壳断裂,高泊松比可能与下地壳底部局部熔融有关。 四川盆地下方西南部岩石圈厚度达250km,逐渐减薄到中部和南部岩石圈的200km厚度,进一步减薄到东部边缘的约100km厚度,向北进一步减薄到北部边缘的约130km厚度。滇缅泰地块上地幔顶部100km范围内存在双层低速界面,同时也足以确认这一区域岩石圈厚度小于100km。华夏地块下方上地幔顶部存在双层低速界面,而且与扬子克拉通岩石圈接触关系在北部和西部有所不同,西部可能有相互融合的现象,而北部可能还存在深浅部断离的情况。秦岭大别构造带西段和渭河平原地区在100km深度处存在明显的大范围低速界面。 中国西南地区的上地幔过渡带厚度在扬子克拉通(主要包括四川盆地地区和峨眉山-攀枝花等地区)地区基本大于250km,在华夏地块基本都小于250km,在松潘甘孜地区接近扬子克拉通的地区厚度较厚,再往西过渡带厚度则小于250km。上地幔过渡带较厚区域与500km深度的P波速度结构中高速体对应,可能与俯冲物质有关。 典型地区台站下方S波速度结构:腾冲地区的上地幔顶部从45km到90km速度相对较低。华夏地块的呈现双低速层模型,上层低速层接近60km处但厚度相对较薄,下层低速层在100-140km相对较厚。松潘甘孜地块下方存在较浅埋深的上地幔低速层,深度范围为80-120km。四川盆地内部上地幔顶部50-170km都具有较高速度分布和较大的岩石圈厚度。


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