青藏高原东南部地壳上地幔结构及动力学解释

发布时间：2020-04-16 20:36

【摘要】：面波层析成像和线性迭代反演方法是构建地壳上地幔S波速度结构的重要技术手段。青藏高原东南部地区及腾冲火山区域作为地学研究的两大热点区域,其区域的壳幔结构、变形及动力学特征等对研究青藏高原的演化、隆升和物质逃逸及火山区域深部构造背景、岩浆活动性等有重要的科学意义。本文基于上述的问题,利用面波相速度各向异性层析成像技术获得了青藏高原东南部相速度及方位各向异性模型,进一步对各节点的面波纯路径频散数据进行线性迭代反演,构建青藏高原东南缘(云南地区)地壳上地幔三维S波速度结构模型,并在各向异性模型和三维S波速度结构模型的基础上,探讨了区域相关动力学问题。其主要的研究工作和成果如下:(1)充分利用58个固定台网(云南地震监测台网和腾冲火山监测台网)及74个流动台站(MIT-CIGMR和Lehigh University-CIGMR)观测的连续波形数据,挑选出垂直分量上高信噪比的事件波形,基于双台窄带通滤波-互相关法及图形分析法,获得了 11576条双台路径上的相速度频散曲线,经质量控制后,最终获得了 2024条独立路径上10-60s高质量的相速度频散曲线。(2)利用连续Tarantola非线性反演方法对青藏高原东南部进行各向异性相速度层析成像,获得了青藏高原东南部相速度分布及方位各向异性模型。该各向异性模型为青藏高原中东部及印支块体区域的软流圈上涌、东喜马拉雅构造结节层状的岩石圈结构等提供了新的地震学证据。此外,通过分析上地幔方位各向异性变化及动力学特征,我们发现在青藏高原中东部地区上地幔的变形主要是由印度岩石圈持续的俯冲作用造成的,而软流圈上涌对上地幔形变产生的作用较小;在印支块体区域,其上地幔的形变主要是由地幔橄榄岩等矿物的LPO及更深部的幔源物质上涌共同作用的结果。(3)以各向异性模型为基础,融合多源数据资料(如:Pms/SKS分裂数据、应变率数据及绝对板块运动速率等数据)对青藏高原东南部不同块体的地壳上地幔产生形变的成因进行了详细分析,发现地壳形变要比上地幔的形变复杂的多。在地壳中,松潘甘孜块体的形变可能与高原物质东西向构造运动引起区域断层系统两侧块体相对滑移的不均匀性有关;拉萨块体和东喜马拉雅构造节周围的形变可能与持续俯冲的印度岩石圈有关;羌塘块体和印支块体的形变可能与断层和缝合带的走向及两侧滑动速率有关;川滇菱形块体的形变可能与高原物质向东南方向的挤压有关;扬子块体的形变可能是由高原物质向东南方向的挤压及稳定的岩石圈结构共同决定的;而上地幔除了青藏高原中东部和印支块体受软流圈上涌的影响外,其他的块体形变主要受绝对板块运动所控制。(4)利用线性迭代反演方法对青藏高原东南缘(云南地区)进一步反演,构建其区域地壳上地幔三维S波速度结构模型。反演的结构模型揭示了在中下地壳存在两个平行的低速通道(A和B),我们解释为地壳流通道。结合先前的一些研究及本文反演的结果,揭示了地壳流通道A可能与腾冲火山壳内岩浆囊是连通的,而地壳流通道B在昆明北部有一个分支,一部分流向西南部,另一部分流向弥勒-师宗断裂附近,最终在红河断裂西南侧与地壳流通道A连通在一起。(5)基于腾冲火山区域S波速度结构特征,提出了一个火山岩浆系统的运移动力学模型,揭示了腾冲火山物质向上的运移模式和深部岩浆动力学过程。地壳内的低速异常可能是由上地幔中的热物质通过两种不同的运移模式引起的,即:上地幔热源物质向上渗透和上地幔物质侧向运移。对于上地幔中低速异常的形成推测有三种可能性。①与深部地幔热物质上涌造成的底侵作用有关;②由于岩石圈断层系统中含有没有冷却或凝固的残余岩浆;③由沿着～410km不连续间断面的洋脊俯冲或印度板块东向俯冲造成深部的幔源物质向上运移有关。综上所述,本文提出的相速度各向异性模型及三维S速度结构模型对了解青藏高原东南部地壳上地幔的横向变化,认识区域复杂的形变机制、块体的构造背景及深部岩浆动力学过程,分析板块俯冲对壳幔形变、火山岩浆活动性等影响,为建立区域动力学模型等起到一定的推动作用,也为青藏高原的演化和隆升提供更深层次的理解和认识。
【图文】：

环境噪音,面波,成像,模型

撞和挤压造成了青藏高原大规模的隆升、地壳缩短和增厚（Ｒｏｙｄｅｎ邋ｅｔ邋ａｌ，邋２００８；逡逑Ｗａｎｇ邋ｅｔａｌ．，邋２０１６）。由于印度板块持续的俯冲稳定的欧亚板块，造成了青藏高原地逡逑区地壳厚度是平均地壳厚度的两倍（图１－１），且在岩石圈内部还产生了强烈的变形。逡逑为了解释青藏高原的隆升机制和变形模式，学者们提出了不同的端元模型，具有逡逑代表性的端元模型有：１）刚性块体侧向挤压模型（Ｔａｐｐｏｎｎｉｅｒ邋ｅｔ邋ａｌ．，１９８２；邋Ｒｅｐｌｕｍａｚ逡逑＆邋Ｔａｐｐｏｎｎｉｅｒ，２００３；邋Ｙａｎｇ邋＆邋Ｌｉｕ，邋２００９），认为青藏尚原受到陆－陆碰撞的持续挤压作逡逑用，造成高原物质向东南方向沿着深大断裂及缝合带以块体形式向外挤出，这样逡逑能较好的调节和吸收高原岩石圈内部的应力积累和变形，该模型着重强调高原物逡逑质东西向的构造运动及侧向挤出；２）岩石圈逐步增长模型（图１－２；邋Ｅｎｇｌａｎｄ邋＆逡逑Ｈｏｕｓｅｍａｎ，１９８６；邋Ｔａｐｐｏｎｎｉｅｒ邋ｅｔ邋ａｌ．，邋２００１；邋Ｙａｎｇ邋＆邋Ｌｉｕ，２０１３；邋Ｗａｎｇ邋ｅｔ邋ａｌ．，２０１６），认为逡逑高原发生形变是一个连续的过程，两大板块的碰撞主要是通过岩石圈的水平缩短逡逑及垂向增厚的方式来调节

岩石圈剖面,新生代,造山带,青藏高原

１．２青藏高原东南部地质构造背景和研究现状逡逑１．２．１研究区域地质构造背景逡逑研究区域大地构造与印度板块和欧亚板块的碰撞挤压密切相关（Ｒｏｗｌｅｙ，，逡逑１９９６；邋Ｔａｐｐｏｎｎｉｅｒ邋ｅｔａｌ．，２００１；邋Ｋｕｍａｒ邋ｅｔａｌ．，邋２００６）。新生代以来，两大板块之间的碰逡逑撞及随后的挤压使青藏高原岩石圈的主应力方向不断的变化，产生了强烈的变形逡逑和断裂作用，形成了厚地壳、薄岩石圈、厚软流圈的构造格局（Ｚｈａｎｇ邋ｅｔ邋ａｌ．，邋２０１４）。逡逑而青藏高原东南部地区位于两大中新生代构造域（特提斯－喜马拉雅构造域和滨逡逑太平洋构造域）的复合部位（李永华等，２００９），该区域受到印度板块的北向俯冲、逡逑缅甸弧微板块的东向俯冲及刚性的四川盆地和扬子板块对高原物质侧向逃逸的逡逑强烈阻挡，使得该区域地质结构复杂、深大断裂发育、地震及火山活动性强烈（图逡逑１邋－４ａ）。逡逑３逡逑
【学位授予单位】：武汉大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：P315

【参考文献】