天山造山带及中国地区上地幔顶部Pn波速度及各向异性成像

发布时间：2020-01-29 15:22

【摘要】：中国是世界上新生代构造活动最为剧烈的地区,构造极其复杂。印度板块与欧亚板块的碰撞产生了世界上最为壮丽的青藏高原及最为年轻最为活跃的天山造山带。北西向俯冲的太平样板块和菲律宾板块对中国东部深度的动力学演化起着重要作用。本研究拟利用Pn波研究天山造山带与中国地区上地幔顶部的速度和各向异性结构,以深入理解这些地区的深部构造和动力学过程。首先,本文利用从天山地区布设的流动地震台站记录到的波形资料提取出的Pn波到时资料,结合新疆地震台网观测报告和EHB观测报告中的Pn波走时数据,对天山造山带及周边地区上地幔顶部速度和各向异性结构及台站延迟进行了研究。结果表明,研究区上地幔顶部存在明显横向不均匀性。构造稳定地区,如哈萨克地台、准葛尔盆地、塔里木盆地、塔吉克凹陷和柴达木盆地地区呈现明显高波速异常；构造活动相对强烈的地区,如天山造山带和西昆仑山地区,其上地幔顶部呈明显低波速异常。多数强震(Ms7.0)主要分布在Pn低波速异常区以及低速异常向高速异常过渡带,表明强震的孕育与上地幔结构可能存在一定的相关性。天山山脉上地幔顶部各向异性快波方向整体上与山脉走向平行,而哈萨克地台、塔里木盆地、准葛尔盆地与天山结合部位各向异性快波方向与山脉走向近似垂直,可能与它们的岩石圈物质分别向天山山脉下方的俯冲有关。帕米尔地区上地幔顶部各向异性快波方向呈现北向凸出的弧形特征,可能与印度板块的北向运动相关。塔里木盆地北缘和哈萨克地台与准葛尔盆地的南缘Pn各向异性快波速方向与天山造山带的走向相垂直。结合前人的研究,认为塔里木盆地和哈萨克地台可能已经俯冲到天山造山带下方并引起地幔热物质的上涌,这可能和印度板块与欧亚板块碰撞有着密切联系。本研究将天山造山带研究区扩展至整个中国地区,对中国地区的上地幔顶部速度结构进行初步研究。利用2009-2013年中国数字测震台网固定台站和2003-2010布设在青藏高原的流动观测台站及1997-2001和2006-2011布设在天山造山带的流动台站所记录到的高质量波形数据,从这些波形资料中人工拾取了74,249个Pn波到时数据,采用Pn波层析成像技术获得了中国及邻区下方上地幔顶部1.5°×1.5°分辨率的速度和2°×2°分辨率的各向异性结果。研究结果显示,反演获得的上地幔速度结构和地表地质构造特征存在一定联系。Pn波高速异常区主要分布在青藏高原南部地区和稳定的盆地地区,如塔里木盆地、准葛尔盆地、吐鲁番-哈密盆地、柴达木盆地、鄂尔多斯盆地和四川盆地,且高速异常较好地刻画了相应块体的构造；而在构造活动较为剧烈的地区呈现较明显的Pn波低速异常,如帕米尔、天山造山带、青藏高原北部地区和祁连褶皱带地区。中国东部地区存在大量的火山岩分布,其上地幔顶部Pn波速度表现为明显低速异常。各向异性结果在构造活跃地区较强,而在构造稳定的地区较弱。青藏高原北部地区上地幔明显的Pn低波速异常可能和印度板块向北俯冲导致地幔热物质上涌有关。青藏高原东缘沿主要断层分布了两条南北向Pn波低速带,在27°N以北低速带内各向异性快速方向与低速带的走向一致,可以推测该区域的主要断层可能为青藏高原地幔物质流动的通道。在青藏高原东缘27°N以南地区Pn各向异性快速方向转变为近东西向和北西西向,可能反映了该地区可能受到纯剪切形变的作用。然而,印度板块在缅甸弧地区北东东向的俯冲导致的软流圈流动形成的地幔各向异性,也可能是27°N地区各向异性快速方向发生改变的原因。中国东部从南到北Pn波速度存在很大差别。华北地区速度明显低于华南地区,说明华北克拉通破坏明显于华南克拉通。郯庐断裂带下方存在明显低波速异常,与太平洋板块西向俯冲密切相关,而秦岭-大别造山带下方的低波速异常可能与华北华南块体间相互作用密切相关。
【图文】：

示意图,波传播,射线,示意图

化波通常被定义为在震中距大约２００－１５００邋ｋｍ范围内出现的初至Ｐ波。该逡逑波由地壳内`嵩闯龇ⅲ滦兄粒停铮瑁锩嫦路讲⒀刈派系芈ゲ看梢欢ň嗬牒笊襄义闲兄恋乇肀惶ㄕ舅邮眨ㄍ迹保保Ｓ捎谙碌乜呛蜕系芈俣却嬖诮洗蟛钜烨疑系劐义下兴俣忍荻冉闲。校畈ㄔ谏系豝3中的传播被限制在较小深度范围内，因此它逡逑１逡逑

波速度,中国大陆,各向异性

究世界不同地区的上地慢顶部的速度结构（图１．２）。Ｍｅｌｅ邋ｅｔ邋ａｌ．邋（１９９８巧日Ｈｅａｒｎ逡逑（１９９９）对欧洲地区下方上地慢速度横向变化和各向异性特征进行了研究，认为地逡逑中海北部碰撞弧地区与岛弧平行的上地慢顶部各向异性可能是由跨越岛弧的挤逡逑压引起的拉张作用导致，而弧后地区的的各向异性可能受俯冲和弧后扩张作用控逡逑制。ＬＵ邋ｅｔ邋ａｌ．邋（２０１２）研究了伊朗地区上地慢顶部速度结构，获得８．０邋ｋｍ／ｓ的上地逡逑慢平均速度，并支持阿拉伯板块俯冲进入伊朗高原下方引起热物质上涌的论点。逡逑Ｐｅｉ邋ｅｔ邋ａｌ．邋（２００７）分别利用化和Ｓｎ波对从阿尔卑斯到喜马拉雅大陆碰撞带地区上逡逑地慢速度结构进行了研究，发现在高海拔的山脉地区上地慢顶部速度较低而低海逡逑拔的海洋，盆地和平原地区上地幌顶部速度较高。Ｂｕｅｈｌｅｒ邋ａｎｄ邋ｓｈｅａｒｅｒ．邋（２０１０）利用逡逑美国台阵高质量Ｐｎ波到时数据对美国西部地区上地慢速度结构进行反演获得与逡逑Ｈｅａｒｎ邋（１９９巧类似的速度异常分布和较低的上地慢顶部平均速度（７．９３邋ｋｍ／ｓ）。逡逑７０逦孤逦９０逦１００逦１１０逦１２０逡逑Ｌｏｎｇｉｔｕｄｅ邋（ｄｅｇ）逡逑图１．４中国大陆Ｐｎ波速度及各向异性结果（Ｌｉａｎｇ巧ａｌ．，２００４）逡逑９逡逑
【学位授予单位】：中国地震局地壳应力研究所
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：P315.2

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