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中国境内天山的岩石圈速度结构

王峻  
【摘要】:通过合成地震图的计算,本文系统地分析研究了S波接收函数的运动学及动力学特征,并在接收函数非线性复谱比反演方法(刘启元等,1996)的基础上,进一步发展了基于贝叶斯理论的P波和S波接收函数的非线性联合反演方法。 利用本文发展的P波和S波接收函数的非线性联合反演方法和沿独库公路布设的由51个宽频带流动地震台站组成的地震台阵记录的远震体波波形数据得到了中国境内天山300km深度范围地壳上地幔的P波和S波速度结构,对中国境内天山的岩石圈结构和造山动力学模型得到了一些新认识。关于P波与S波接收函数联合反演方法,本文在以下几个方面取得了新的结果: (1)适用于S波接收函数反演的震中距范围约为65°~80°;与陡变的岩石圈底部界面相比,在梯度带类型的岩石圈底部边界上生成的SLp转换震相振幅将会减弱,但通过偏移叠加仍可有效识别相应的震相; (2)当台站下方近地表存在沉积盖层时,S波接收函数的振幅将会增强,有助于识别基底面的转换震相,基底面转换震相出现的时刻取决于基底面与其上方沉积层的速度和沉积层的厚度; (3)由于S波接收函数径向分量不符合δ脉冲的假定,依赖于等效震源假定的的频率域单台复谱比接收函数估计方法和时间域迭代反褶积接收函数估计方法都不利于估计S波接收函数,而不依赖于等效震源假定的最大或然性三分量接收函数反褶积方法能够更好地给出S波接收函数的估计; (4)数值检验的结果表明,P波与S波接收函数联合反演充分利用了它们之间的互补性,不但有助于改善P波接收函数的解释,而且可以进一步同时提取地壳及岩石圈地幔的P波与S波速度结构,在初始模型速度参数偏离真实模型20%的情况下,能够对300km深度范围内的模型参数做出很好的预测; (5)实际数据处理的经验表明,来自相同的远震事件的P波与S波接收函数数据有利于P波接收函数与S波接收函数的联合反演法,理论计算和实际数据处理的结果表明,用于P波接收函数与S波接收函数联合反演的远震事件的震中距应限制在65°~80°范围内。 对横跨中国境内天山剖面的台站下方的岩石圈结构和造山动力学主要得到以下新认识: (1)首次利用P波与S波接收函数联合反演方法获得了中国境内天山地壳上地幔300km深度范围内的P波与S波速度结构,结果表明,在横穿中国境内天山的方向上,其岩石圈速度结构具有与地表地质构造相吻合的横向分块结构; (2)塔里木地块的岩石圈向北倾斜,其厚度约100~130km,俯冲岩石圈的前锋到达南天山的南缘,并与相应的地壳结构相吻合;准噶尔地块岩石圈向南倾斜,其底部边界的深度约为120~150km,俯冲岩石圈的前锋到达北天山的下方;南天山下方在地壳从南向北逐渐增厚的同时,其岩石圈的底部边界的深度从80km逐渐增加到130km;中天山下方在地壳从北向南逐渐增厚的同时,其岩石圈的底部边界的深度从130km逐渐上升到80km; (3)地震活动与壳内低速体的相关性表明,天山的壳内低速层是天山地壳南北向缩短过程中,上地壳与下地壳相对剪切变形生热的结果,这与塔里木地块和准噶尔地块岩石圈相向俯冲一致; (4)南天山下方200~300km深度范围内存在明显的高速体,与标帜南天山和中天山拼合的缝合带相应,其上地幔存在深达270km的高速体,据此推断,南天山下方200~300km深度范围内的高速体反映了上地幔小尺度对流造成的岩石圈拆沉的结果; (5)通过对反演结果的分析,我们给出了中国境内天山的造山动力学模型。本文的结果支持天山两侧盆地“双向俯冲”的非连续模型,天山的陆内造山过程并不限于地壳,而是一个上地幔小尺度地幔对流导引的岩石圈变形运动过程。


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