青藏高原樟木-雙湖寬頻帶地震剖面地殼結構特征.docx

1、ScientificJournalofEarthScienceSeptember2014,Volume4,Issue3,PP.165-170CrustStructureFeaturebelowtheZhangmu-ShuanghuBroadbandSeismicProfileintheTibetanPlateauWeiWantJumengZhaob,XingGaoatChanghuiJue,HongbingLiubfShunpingPefaTheStateKeyLaboratoryofResourcesandEnvironmentalInformationSystem,InstituteofG

2、eographicSciencesandNaturalResourcesResearch,ChineseAcademyofScience,Beijing100101,ChinabInstituteofTibetanPlateauResearch,ChineseAcademyofSciences,Beijing100085,ChinacChinaUniversityofGeosciences,Beijing100083,ChinaAbstractInthispaper,convincingresultsobtainedfromZhangmu-Shuanghubroadbandseismicpro

3、filedatarecordedbybroadbanddigitalseismicinstrumentswithconversionpointreceiverfunctionmigrationandHKscanningapproach.TheMohodiptoinnerunderthesouthofYZSandthenorthofBNS,bothhavefaultsnearsuturewithabout10kmor4-6kmdisplacement,andchangedramaticallyfrom50kmtothedeepest80km,thengraduallyriseto70km,alo

4、ngtheprofilefromsouthtonorth.TheaveragecrustalPoisson'sratiois0.26-0.29.Finally,discussedtherelationsbetweenPoisson'sratioandpartialmeltingmaterial,theexchangeentranceofcrustandmantlematerial.Keyword:ReceiverFunction,Migration,Moho,Suture青藏高原樟木-雙湖寬頻帶地震剖面地殼結構特征王偉I,趙俊猛2,高星I琨長輝3,劉紅兵2,裴順平21.資源與環(huán)

5、境信息系統(tǒng)國家重點實驗室，中科院地理科學與資源研究所，北京1001012.中國科學院育藏高原研究所，北京1001013.地球探測與信息技術學院，中國地質大學（北京），北京100085摘要：本文對青蒙高原中部樟木-雙湖寬頻帶數字臺站探測剖面資料用接收函數共轉換點疊加、H.K掃描方法處理，得到清晰的莫夜面結構特征：雅魯藏布縫合帶以南莫霍面北傾，莫程面明顯錯斷，斷距達10公里；班公-怒江縫合帶以北莫獄面南傾，縫合帶附近莫霍面具有間斷特征；莫值面埋深在喜馬拉雅地體最淺（50-60公里），拉薩地體達到最深（80公里），在羌塘地體為70公里。沿剖面育藏高原地殼平均泊松比為0.26-0.29,整體都較高并探

6、討了莫霍面間斷、錯斷與地充、地幔物質交換關系。關鍵詞：接收函數；偏移成像；莫霍面；縫合帶1引言青藏高原由若干地體拼貼而成，這些地體自早古生代以來從北到南依次增生在歐亞大陸南緣"旬。青藏高原的地體劃分如圖1所示，從南至北依次是喜馬拉雅地體、拉薩地體、羌塘地體、松潘一甘孜一可可西里地體、東昆侖一柴達木地體、祁連山地體，不是一個均一的整體。青藏高原在地體拼合過程中，就已經發(fā)生不均勻的抬升。印度板塊與歐亞板塊的雙向匯聚擠壓是高原隆升的動力主源，巖石圈拆層與板塊斷離作用引起高原快速隆升和后期的伸展。英霍面是地殼與地幔的分界面，地震波在通過該界面時速度、能量都會出現臺階式躍變，莫霍面的構造形態(tài)直

7、接反映巖石圈上地幔的變形特征，因此可以利用地震得到該界面的形態(tài)，從而推測巖石圈地幔的變形特征【5罰。青藏高原是全球地學界共同關注的大陸動力學研究的焦點，青藏高原莫霍面的深度及其橫向變化、殼幔界面的精細結構是揭示巖石圈動力學過程的重要參數。幾十年來大量地震深部探測結果揭示出青藏高原內部許多不同地區(qū)的殼幔結構特征的細節(jié)，每一次新發(fā)現都對大陸動力學研究有重要的促進作用。人工源寬角折射/反射地震研究I給出班公.怒江縫合帶南側拉薩地體地殼厚度75-78km,北側的羌塘地體地殼厚度為68.70km。天然源接收函數、地震各向異性和層析成像方法獲取了大量關于青藏高原隆升、構造演化和上地幔特征等信息，促進了極大

8、豐富了青藏高原地殼及深部結構物理信息【*2%部分研究結果顯示英雀面在青藏高原的主要縫合帶下部都有不同程度的錯斷，然而這些莫霍面錯斷的真實性一直存在爭議，因為它們很有可能是由于錯誤的震相識別或者橫向的地震波速度變化引起的，而并非真實的深度變化?；?998-1999年實施的INDEPTH計劃，Kind(1996)的研究結果認為，Moho在班公湖一怒江縫合帶下部不存在大規(guī)模錯斷【2%而李永華等推斷整個班公湖一怒江縫合帶存在約10km的莫霍面錯斷，是由拉薩地體北緣的地幔蓋層向北俯沖到羌塘地體之下所致SR),這個結論和穿越班公湖一怒江縫合帶中部的錯勤一藏北三個湖人工地震剖面所得到的研究結果一致。Shi

9、Danian(2004)利用接收函數偏移成像的方法重新解釋了INDEPTH3數據，發(fā)現班公湖一怒江縫合帶對應于其北部大約50公里存在的莫霍面凹槽，并且在崩錯一嘉黎斷裂下面存在大約5±3km的莫霍面錯斷mJ。Wittlinger(2004)的青藏高原西部的遠震接收函數成像結果顯示【29】，Moho在羌塘地體的西部最深達到90km,并且在阿爾金斷裂和班公湖一怒江縫合帶下部快速升高20km和10km。XiaoboTian(2005)對INDEPTHIII數據再處理結果也顯示出班公怒江縫合帶附近莫霍面不連續(xù)的特征印)。通過附近剖面顯示雅魯藏布江、班公-怒江縫合帶附近存在不同程度的錯斷或間斷因

10、此有關莫霍面錯斷的真實性一直存在爭議。本文對樟木雙湖(ANTILOPEII)寬頻帶地震數據用接收函數方法得到沿該剖面(圖1)莫霍面結構特征，為進一步研究青藏高原隆升及動力學機制提供依據。75,80*85*90*95*100,圖1植木-雙湖測線位置,YZS雅魯藏布江縫合帶，BNS：班公-怒江縫合帶，JS：金沙江縫合帶,AKMS:阿尼瑪卿一昆侖一木孜塔格縫合帶，紅色三角為寬頻帶流動臺站位置2數據和方法本文研究區(qū)域位于27.5°N-34°N與85%-90%之間(圖1)。使用的寬頻帶數字臺站由30套寬頻帶地震儀DS-24、24套CMG-3ESP和12套STS-2組成。DS-24地震

11、儀的角頻率范圍是1/20Hz-50Hz,CMG-3ESP地震儀的角頻率范圍是l/60Hz-30Hz,STS-2地震儀的角頻率范圍是1/120Hz-50Hz。觀測時間從2005年9月至2006年9月。選用了61個寬頻帶臺站的地震資料，遠震資料的選取嚴格遵照如下標準：震中距介于30。90。，震級大于5.5級、具有清晰的P波初至和高信噪比。將ZNE分量旋轉到LQT坐標系下，在時間域反褶積求取接收函數。用水平分層模型（修改的iasp91模型），對接收函數的射線反投影疊加偏移成像。由于殼幔邊界速度差異大，Moho面產生三個主要震相（Pms、PpPms和PpSms+PsPms）的走時僅與臺站下的Moho面

12、深度、速度有關。選取這三個震相清晰的接收函數，采H-k域加權檢加方法來估算地殼厚度和殼內縱橫波速比【3刃。3結果和討論3.1P波接收函數偏移成像結果從61個臺站提取了3817個接收函數，每個臺站提取接收函數個數和疊加時間剖面見圖2。在偏移剖面上（圖3）,可以看出Moho面的深度自南向北從50km逐步加深，在雅魯藏布縫合帶（YZS）南側己達65km上下，在拉薩地體Moho面最大深度達80km,在班公錯-怒江縫合帶（BNS）附近己減少到75知。同時，在雅魯藏布江（YZS）和班公錯一怒江（BNS）斷裂帶附近，Moho面均有突變不連續(xù)的特征，而且在YZS南側，Moho從北緯28。、深50公里向北傾斜至

13、29.6%深80公里，然后向北略有抬升，延伸至31.5。附近。在雅將藏布附近形成莫霍面登瓦狀錯斷，斷距接近10公里。與雅魯藏布縫合帶附近類似，在班公一怒江縫合帶南面也出現了莫很面不連續(xù)特征。北緯31.8。以北，莫很面逐漸抬升至70km深。PR«cew««FunctionsCh«t1-66圖2接收函數疊加時間剖面和統(tǒng)計圖3.2HK疊加moho深度和地殼平均泊松比結果取地殼P波平均速度為6.1,分別允許H（厚度）和K（波速比），在4090km和1.652.0的范圍內變化,選擇與Moho界面相關的震相Pms、PpPms和PpSms+PsPms能夠識別的接收函數

14、參與計算，以能量聚焦為準。Moho面深度結果見圖4,其形態(tài)與偏移結果相似，在moho面錯斷的地方，moho面連續(xù)性差。假定沿著剖面地殼平均P波速度不變，地殼厚度整體變化不大。莫霍面從剖面南端至北端，逐漸加深,北略有抬升。在南段北緯28.5。深約60公里，向北逐漸加深，到北緯31。附近約74公里，向北有抬升至67公里。北緯29。至31。之間莫雀面有錯斷現象（臺站下方莫很面深度變化大、連續(xù)性差），其中拉薩地塊北段Moho界而埋深較羌塘地體要深34km。沿測線地殼平均波速比見圖4,相應波松比為0.26-0.29,整體偏高。將波速比劃分為四部分，第一部分波速比：1.751.80,且橫向延伸180km由

15、此計算的青藏高原地殼平均泊松比（0.2J0.29）整體都較高：第二部分波速比平均值最高，平均值達到1.80；第三部分隨著維度由南向北線性變化：第四部分波速比平均值為1.79,且變化范圍小。圖3莫震面轉換波、多次波偏移成像.（±）Pms成像（中）PpPms成像,（下）PpSms+PsPms成像100.(Eifd-a2929.53030.53131.52727.52828.5BNS1.90aLatitude(deg)1.851.702828.52929.53030.53131.53232.5bLatitude(dcg)圖4用HK方法得到moho深度（a）和Vp/Vs（b）.黑色虛心表示光

16、滑后的莫霍面，黑線表示平均波速比，按照波速比變化趨勢將剖面劃分為四部分3.3討論地殼平均泊松比的變化與許多地球物理和地球化學因素有關。其中部分熔融對P波和s波速度比有很大的影響，地震波速比值，隨若培融體熔融程度的增加而增大，己有的地球物理資料證明青藏高原中上地殼泊松比為0.200.24,可能為長英質巖石組成；我們的結果表明青藏高原地殼平均泊松比(0.26-0.29)整體都較高，這與Kind等人的結果相似，結合巖石熔融實驗研究結果，可以推斷青藏高原中下地殼廣泛存在流體和部分熔融巖漿。此結論還得到了大地電磁、Lg波衰減研究、深反射以及寬角反射等研究的支持。遠震P波接收函數對s波速度較為敏感，偏移成

17、像能夠真實地反映莫霍面形態(tài)特征。莫霍面錯斷與寬角折射反射研究結果相似。結合其它接收函數結果顯示，從東到西在縫合帶附近都有Moho錯斷，說明莫霍面形態(tài)特征東西向差異很小。拉薩地體和羌塘地體沿班公怒江縫合帶于晚侏羅早白堊拼合，受到印度板塊向歐亞板塊碰撞影響，拉薩地體地殼物質沿班公怒江縫合帶附近的莫很面錯斷擠入地幔。印度板塊的地殼物質從雅誓藏布縫合線下莫霍面錯斷的地方擠入巖石圈地幔頂部。這些擠入地殼物質在高溫高壓下可能發(fā)生榴灰?guī)r化(相變)。在縱向物質交換的同時，地殼內物質也沿縫合線向東西兩側運移。地幔物質亦有可能沿莫霍面錯斷進入下地殼，導致下地殼存在部分熔融物質，對下地殼進行改造。致謝本文得到國家自

18、然基金項目(41240027>41130419.41374061.41204048)和博士后基金(2012M510533)支持，特此致謝.References1 常承法，潘裕生，卻錫瀾，等.宵云高原地質構造M.北京：科學出版社.1982肖序常，李廷棟.青藏高原的構造演化與隆升機制M.廣東：廣東科技出版社,20002 吳功建，高銳，余欽范，等.青藏高原“亞東-格爾木地學斷面”綜合地球物理調查與研究J.地球物理學報,1991,34(5):552-562尹安.喜馬拉雅青藏高原造山帶的地質演化一顯生宙亞洲大陸增長.地球學報J,2001,22(3):193-2303 曾融生，丁志峰，吳慶舉.喜馬拉

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