基于P波三重震相研究华南和青藏高原地区上地幔速度结构

发布时间：2020-10-22 05:39

　　 上地幔尤其是地幔过渡带和岩石圈速度结构的研究对探测地幔温度、化学组分、地幔对流以及岩石圈破坏等相关动力学问题意义重大。华南块体由扬子克拉通和华夏地块两个微陆块在新元古代晚期碰撞拼合而成,经历过多期强烈的构造运动,是研究太平洋板块俯冲和岩石圈减薄机制的最佳场所。而青藏高原则是研究陆一陆碰撞的野外实验室,自新生代印度板块与欧亚板块碰撞以来,吸收了至少1700km的南北向缩短量,其隆升机制和变形过程是重构青藏高原演化过程的关键。本文首先介绍了上地幔间断面的成因及其研究意义,然后总结了上地幔速度结构探测的常用方法及研究进展,重点讨论三重震相方法对上地幔速度结构的研究。采用更准确的震源参数和相对可靠的初始模型对于三重震相波形拟合非常重要。我们分别对每个事件的远震记录利用时域迭代反褶积技术计算了震源时间函数和震源深度,并提出利用三重震相相对到时差反演初始速度结构模型。在此基础上,结合试错法波形拟合获取最佳模型,该方法便于今后大量高效准确地处理观测数据。基于“中国地震科学台阵探测”项目一期350个流动地震台站以及中国地震台网固定台站的观测记录,本文采用三重震相波形拟合技术,分别获得了华南地区(改进后的三重震相方法)以及青藏高原地区(传统三重震相方法)地幔过渡带和岩石圈速度结构。结合研究区域的地质、地球物理资料,探讨其可能的动力学机制。华南地区研究结果显示,中扬子克拉通下方过渡带底部存在高速异常,系中侏罗世太平洋板块俯冲至欧亚板块下方的滞留体,异常南界约27°N,向西止于南北重力梯度带(约110°E),俯冲板块并未穿透660-km的阻力到达下地幔,而是滞留在过渡带底部,使660-km下沉约11km。而华夏地块过渡带速度结构特征基本与IASP91一致。在整个华南地区,410-km上方约300-400km深度范围内普遍存在低速层(1.38%-2.29%),推测与地幔橄榄岩的部分熔融有关。此外,研究区域内岩石圈普遍存在减薄(80km),推测可能是太平洋板块的俯冲和快速回撤导致岩石圈拆沉减薄。且华夏地块减薄幅度较大,软流圈速度较小,说明其上地幔强度较弱、温度较高。自晚白垩起,太平洋板块的东向回撤使得中国大陆东部应力环境由挤压转变为拉张,此前增厚的大陆地壳与岩石圈地幔一起发生重力垮塌导致减薄,而岩石圈的拆沉引起软流圈物质上涌,诱发华南地区晚中生代广泛而强烈的岩浆活动。青藏高原地区南北向剖面的研究结果表明,拉萨和羌塘地块下方过渡带底部存在高速异常,推测是印度俯冲板块的残余,说明印度板块的俯冲前缘已经到达班公怒江缝合带。过渡带底部的低温高速滞留体,使得660-km相变滞后,下沉约3—8km。此外,从拉萨、羌塘到松潘甘孜地块,由南向北岩石圈高速盖层速度逐渐减小,到松潘甘孜地块甚至出现缺失。推测在羌塘和松潘甘孜地块上方,此前增厚的欧亚岩石圈在小规模地幔对流或者热不稳定性作用下发生拆沉,拆沉的欧亚岩石圈可能部分停留在410-km上方,部分已进入地幔过渡带。而松潘甘孜地块过渡带中幅度较小的高速异常很可能是拆沉的欧亚岩石圈进入地幔过渡带的体现,拆沉的冷的欧亚岩石圈使得过渡带内410-km抬升约10km,660-km下沉约8km,使得地幔过渡带厚度增加。
【学位单位】：中国地震局地球物理研究所
【学位级别】：博士
【学位年份】：2017
【中图分类】：P315.2
【部分图文】：

传统观点认为地幔过渡带中的间断面是橄榄石发生高压相变形成的，而??ａ?－?０相变和办－ｙ后尖晶石相变的压力一温度斜率正负相反，地幔过渡带厚度随??温度变化。如图１．１所示，高温使得４１０－ｋｍ下沉，６６０－ｋｍ抬升，两间断面相互??接近，过渡带厚度减小。低温使４１０－ｋｍ和６６０－ｋｍ相互远离，过渡带厚度增大。??———————??■?■??????１－．ＸＪＷ?ｆ??Ｊｉ?ｌ??ｓ?，?４１＜＞ｋｎｉ??Ｊ?Ｈ－?Ｈ，?Ｈ??ＫｉｆｉＷ???６６０ｋｍ??图１．１过渡带厚度在不同温度环境中的变化。其中，ＨｐＨｐＨ，（周春银等，２０１０）??除温度以外，影响间断面的重要因素还有水和Ｃａ、Ｍｇ、Ｆｅ和Ａ１等主要元??素。随着深度的增加，地震波速度对温度的敏感程度逐渐变小，地幔化学成分的??不均匀则逐渐增强，因此地幔矿物的主要元素Ｍｇ、Ａ１等以及矿物的含水量对上??地幔间断面的影响同样不容忽视。??研宄表明

但俯冲带内温度相对较低，岩石密度更高。而在下地幔顶部，石榴子石??也逐渐转变为高密度钙钛矿，其产生的拖拽力使得俯冲板片可以俯冲至下地幔。??因此，如图１．２所示，若俯冲板片克服６６０－ｋｍ阻力进入下地幔，那么俯冲??板片仅对附近区域间断面埋深影响较大。若俯冲板片没有穿透下地幔，而是滞留??在过渡带底部转为水平向生长，则会造成俯冲板片周边较大区域范围内的间断面??埋深异常。通过地幔过渡带的研宄，综合高温高压实验结果以及区域内间断面埋??１１??

的速度结构特征，不适合全球大尺度的研宄。另外，在Ｃ的大小影响成像的分辨率，如果叠加箱足够小，分辨率换点数目太少，则会影响结果的可靠性；而叠加箱增大能够有效消除噪声的影响，但会牺牲分辨率。总之，接幔速度间断面比较敏感，为地球内部速度结构的研宄提波研究??的研究对象通常是俯冲地区的深源地震，多用于上地幔宄。相比于接收函数和前驱波震相研宄，近源转换波震相１００ｋｍ）。其波场在震源附近的间断面上发生反射和转法的核心思想是：通过计算４１０－ｋｍ或６６０－ｋｍ转换波与经时深转换后，对转换点深度加以约束。??
【参考文献】

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1 张瑞青;基于三重震相研究青藏高原和西北太平洋俯冲带上地幔过渡带速度结构[D];中国地震局地球物理研究所;2010年

本文编号：2851175