东秦岭-大别噪声成像及方位各向异性特征

发布时间：2020-05-29 06:03

【摘要】：秦岭-大别造山带是华北板块和扬子板块的碰撞造山带,西起青藏高原东北缘,东至郯庐断裂带。历经前寒武纪基底形成演化,三叠纪板块拼合和新生代陆内造山等多次构造运动,由不同成因、不同构造背景、不同年龄的岩层组成,具有复杂的地壳组成和结构。自从在大别山发现超高压变质岩后,秦岭-大别造山带很快变成了国内外学者研究大陆动力学的关键地区。前人在该地区开展的地球物理人工地震探测和天然地震层析成像工作,取得了丰硕的成果。这些成果反映出秦岭-大别造山带的一个显著特点,保留了大量碰撞造山期地壳的形变信息,为我们研究陆内构造变形和大陆动力学提供了理想场所。秦岭-大别造山带的速度结构反映了造山带经历多期构造运动后保存下来的构造信息,不能很好的指示出具体变形的动力学信息。加之秦岭-大别造山带浅表及深部地质构造条件复杂,造成了对整个造山带深部构造演化认识不系统,导致该地区迄今仍有许多问题存在分歧与争议。地震各向异性是揭示岩石圈动力学机制的重要手段,特别是稳定大陆地区中遗留的“化石”各向异性,指示了过去的应力环境。而地震面波方位各向异性可以获取不同深度范围的各向异性特征,因此地球物理速度图像结合面波方位各向异性是研究构造变形和动力学机制的重要手段。虽然,前人在该地区的研究也发现,秦岭-大别构造带中的面波方位各向异性特征与南、北板块拼合具有一定关系,但是由于该区域地震活动性较弱,地震事件分布不均匀,造成该地区的面波方位各向异性研究结果分辨率较低。近十年来,随着背景噪声技术的发展,在地壳范围可获取更多短周期的Rayleigh面波,为我们获取地壳浅部、较高分辨率的S波速度结构和面波方位各向异性提供了途径。本论文针对目前该区域研究存在的不足,收集东秦岭-大别造山带及周边区域180个固定台站,共计2年的连续地震波形数据,采用背景噪声数据处理流程,计算得到台站对间的Rayleigh波经验格林函数,采用时频分析法实现频散曲线的测量。在此基础上反演计算得到研究区域8~35s周期Rayleigh面波的相速度分布和面波方位各向异性,并采用近邻方法反演获取研究区内地壳-上地幔顶部的S波速度结构。本论文获得的主要认识与结论如下:1、以重力梯度带为界,西部(秦岭)和东部(桐柏-大别)有着不同的构造变形机制。东部的碰撞造山模式属于硬碰撞,S波速度图像保留了板块汇聚、拼合的结构信息;西部的碰撞造山模式属于软碰撞,方位各向异性保留了与构造运动相关的主压应力信息。(1)S波速度图像中东部的合肥盆地-北淮阳、幕阜山-宿松地块呈现出的S波高速异常,指示了南、北板块的汇聚和拼合。(2)南秦岭的方位各向异性呈现出了两期扬子板块的主压应力方向,方位各向异性反映了过去的应力环境。南秦岭岩石圈地幔的拆沉,降低了其强度,造成秦岭地区的碰撞模式属于软碰撞,软碰撞使得后造山期的动力学作用相对而言不那么强烈。2、本文综合分析了造山带各构造单元不同深度范围的各向异性特征,构建了造山带壳幔变形动力学模型。(1)南秦岭的下地壳和上地幔顶部是解耦变形,由于晚期(早中侏罗世)NE向的板块运动,对中下地壳的影响不大,故在下地壳还保留了早期(印支期-早燕山期)近NS向板块运动信息。(2)重力梯度带以西区域的上地幔顶部,方位各向异性可能保留了华北板块和扬子板块汇聚的信息,汇聚的位置大致在33°N附近。(3)太行山重力梯度带对华北板块SW的挤压起到了隔挡作用,造成了现今华北板块南缘地区呈现出的一系列弧形展布的快波方向。(4)中下地壳-上地幔顶部,桐柏-大别造山带NW-SE向的方位各向异性,主要反映了构造挤出特征,荆州-潜江一线(大致在30°N附近)是构造挤出的南部边界。3、S波速度结构和方位各向异性结果共同揭示了汉南-米仓块体作为能干性较强的块体向东楔入到了相对软弱的南秦岭下方,并对110°E(城口)以西的巴山弧进行改造。4、地壳剪切波分裂显示,在黄陵背斜以西的秭归盆地存在近EW向的主压应力,可能与秦岭造山带和雪峰山双向挤压的联合效应有关。最后,论文对秦岭造山带中下地壳流、大巴山弧形构造带的成因、勉略缝合带东延方式、齐岳山“压力影构造”特征等进行了探讨。本论文的研究工作不仅对秦岭-大别造山带的壳幔形变模式及动力学机制有了新的认识,而且对存在争议的地球动力学问题提供了新的约束。
【图文】：

区域构造图,南秦岭,秦岭造山带

保留的构造变形信息，并探讨构造演化的深部动力学背景。1.2 研究区地质构造概况1.2.1 东秦岭-大别造山带构造单元划分现今秦岭造山带大致以佛坪（汉南-佛坪-太白-陇宝界线）为界，可化分为东、西秦岭（杨志华等，1996）。东秦岭造山带可以简单的分为：华北南缘陆坡带、北秦岭、南秦岭、南秦岭前陆褶冲带（图 1-1）。华北南缘陆坡带位于洛南-栾川断裂（图 1-1（F3））以北；以商丹缝合带（图 1-1（F2））为界将秦岭造山带分为北秦岭和南秦岭；城口-房县-襄樊-广济断裂带（图 1-1（F1））以南为南秦岭前陆褶冲带（张国伟等，1995，1996a，1996b；王宗起等，2009）。大别造山带是秦岭造山带东延部分，自北向南分别为：北淮阳块体、北大别核杂岩、南大别超高压变质岩、宿松高压变质岩，水吼-五河断裂是划分南、北大别的分界线（张本仁等，2004）。

构造区划,古元古代,秦岭,东秦岭

丁文秀：东秦岭-大别噪声成像及方位各向异性特征→NE 方向挤压的远程效应（图 1-4），现今则是三面挤压围限的状态（宋2006，2009）。有学者（Huang et al., 2006；Zhao et al., 2007；Xu et al., 2忠等，2011；索艳慧等，2017；Li et al., 2015）认为，，秦岭-大别地区和地区一样，岩石圈地幔在中生代及其以后遭受到太平洋板块活动的影响展示了东秦岭-大别造山带及邻区从 1965 年以来发生的中强地震（M≥ 5.0从图 1-5 可以看出，现今东秦岭-大别造山带内部地震活动性较低，没有分布。中强地震在黄陵背斜和大别南缘仅有零星分布，在渭河地堑、山四川盆地等地分布相对较多，中强地震分布（图 1-5）总体反映了东秦岭-带现今地壳构造活动性较弱，处于较为稳定状态。
【学位授予单位】：中国地质大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：P631.4

【参考文献】