青藏高原东部地壳上地幔S波速度结构—下地壳流的深部环境.pdf

中国科学 D辑: 地球科学 2008 年第38 卷第1 期: 22 ~ 32 earth. 22 《中国科学》杂志社 SCIENCE IN CHINA PRESS 青藏高原东部地壳上地幔 S 波速度结构—下地壳流的深部环境王椿镛①* , 楼海①, 吕智勇②, 吴建平①, 常利军①, 戴仕贵②, 尤惠川①, 唐方头①, L. Zhu ③, P. Silver ④①中国地震局地球物理研究所, 北京 100081; ②四川省地震局, 成都 610041; ③ Saint Louis University, MO 63103, USA; ④ Carnegie Institution of Washington, Washington DC 200015, USA * E-mail: ******@cea-igp. 收稿日期: 2007-05-31; 接受日期: 2007-10-31 国家自然科学基金( 批准号: 40334041, 40774037) 和科技部重点国际合作项目( 批准号: 2003DF 000011) 资助摘要在青藏高原东部沿 30°N 布设由 26 个台站组成的远震观测剖面. 用远震 P 波接收函数反演方法获得了该剖面下方 0~80 km 深度范围的 S波速度结构. 反演的结果揭示了沿剖面不同构造块体的地壳速度结构横向变化特征. 从喜马拉雅东构造结北侧的林芝, 往东北方向的地壳逐渐增厚; 地壳厚度在班公-怒江缝合带为最大值, 达 72 km; 进入羌塘地块, 减至 65 km; 至巴颜喀拉地块, 为 57~64 km; 至四川盆地, 仅为 40~45 km. 剖面的巴塘以东部分与 2000 年完成的竹巴龙-资中人工地震测深剖面重合, 由远震接收函数确定的 S波地壳结构与由人工地震测深获得的 P波地壳结构在莫霍界面和壳内主要界面的深度上有很好的一致性. 在羌塘地块和巴颜喀拉地块, 沿观测剖面的下地壳(30~60 km 深度范围内) 普遍存在低速异常, 而四川盆地下地壳则属于正常的速度分布. 剖面通过的各构造单元地壳平均波速比( 泊松比): 拉萨地块 ( σ=), 班公- 怒江缝合带 ( σ= ), 羌塘地块 ( σ=), 巴颜喀拉地块 ( σ=) 和扬子地块 ( σ=). 羌塘地块和巴颜喀拉地块具有下地壳 S波低速异常、复杂的莫霍过渡带以及地壳高泊松比的特征, 预示下地壳物质处于热和软弱状态, 这是青藏高原东部存在下地壳流的深部环境. 下地壳韧性物质的流动可能起因于从高原内部至外部上地壳内重力势能的变化. 关键词青藏高原东部地壳上地幔结构远震接收函数下地壳流宽频带地震观测和应用是地震学领域获得的最显著进展之一. 从宽频带地震仪记录的高质量地震数据, 被用来对台站下方及其周围的地球深部介质进行多方面的研究, 从而成为探测地球内部结构和物性参数(速度结构, Poisson 比, Q 结构和各向异性等) 重要的手段. 近 20 年来, 地震学家们从宽频带地震记录中获得许多重要的研究成果. 基于宽频带数字资料的远震接收函数方法是从传统的转换波方法发展起来的. 接收函数[1] 在很大程度上消除了震源时间函数和传播路径的影响, 而对接收台站下方速度结构产生的 P-S 转换波敏感, 从而为远震体波波形反演奠定了基础. 随着宽频带数字地震资料的迅速增加, 接收函数方法在地球内部结构的研究中得到广泛的应用[2~10] . 对特定的地球科学中国科学 D 辑: 地球科学 2008 年第 38 卷第 1 期 23 问题布设的宽频带流动地震剖面是深入研究地球深部介质的有效途径[11~13] . 在这一类观测剖面上, 由于观测台站之间的距离较近, 一些与地壳和上地幔内部的速度界面有关的震相可以在剖面上直接追踪, 因而容易获得地壳内部速度的横向变化特征, 和重要间断面( 如莫霍界面, 410 和 660 km 间断面) 的起伏形态. 川西藏东地区位于青藏高原和扬子地台之间, 是地球科学家们最感兴趣的构造过渡带之一. 这个地区以强烈的地壳变形和断裂作用, 并伴随着频繁的地震活动为特征. 尽管在大地构造、地壳形变及地震活动性等方面已经有过许多研究[14~18] , 但它的地壳上地幔速度结构和相关的动力学机制仍不够清楚. 为此, 我们沿纬度 30°N, 从西藏林芝到四川永川布设宽频带地震台站组成的远震观测剖面, 试图通过对地壳上地幔结构及变形的分析更好地认识这个构造过渡带的深部动力学过程. 本文致力于分析沿 30°N 剖面的地壳上地幔 S