青藏高原樟木-雙湖寬頻帶地震剖面地殼結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)特征王偉I,趙俊猛2,高星I琨長(zhǎng)輝3,劉紅兵2,裴順平21.資源與環(huán)

5、境信息系統(tǒng)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，中科院地理科學(xué)與資源研究所，北京1001012.中國(guó)科學(xué)院育藏高原研究所，北京1001013.地球探測(cè)與信息技術(shù)學(xué)院，中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（北京），北京100085摘要：本文對(duì)青蒙高原中部樟木-雙湖寬頻帶數(shù)字臺(tái)站探測(cè)剖面資料用接收函數(shù)共轉(zhuǎn)換點(diǎn)疊加、H.K掃描方法處理，得到清晰的莫夜面結(jié)構(gòu)特征：雅魯藏布縫合帶以南莫霍面北傾，莫程面明顯錯(cuò)斷，斷距達(dá)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(dá)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(cuò)斷與地充、地幔物質(zhì)交換關(guān)系。關(guān)鍵詞：接收函數(shù)；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(lái)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(dá)木地體、祁連山地體，不是一個(gè)均一的整體。青藏高原在地體拼合過(guò)程中，就已經(jīng)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(dòng)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(guò)該界面時(shí)速度、能量都會(huì)出現(xiàn)臺(tái)階式躍變，莫霍面的構(gòu)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(cè)巖石圈地幔的變形特征【5罰。青藏高原是全球地學(xué)界共同關(guān)注的大陸動(dòng)力學(xué)研究的焦點(diǎn)，青藏高原莫霍面的深度及其橫向變化、殼幔界面的精細(xì)結(jié)構(gòu)是揭示巖石圈動(dòng)力學(xué)過(guò)程的重要參數(shù)。幾十年來(lái)大量地震深部探測(cè)結(jié)果揭示出青藏高原內(nèi)部許多不同地區(qū)的殼幔結(jié)構(gòu)特征的細(xì)節(jié)，每一次新發(fā)現(xiàn)都對(duì)大陸動(dòng)力學(xué)研究有重要的促進(jìn)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(cè)拉薩地體地殼厚度75-78km,北側(cè)的羌塘地體地殼厚度為68.70km。天然源接收函數(shù)、地震各向異性和層析成像方法獲取了大量關(guān)于青藏高原隆升、構(gòu)造演化和上地幔特征等信息，促進(jìn)了極大

8、豐富了青藏高原地殼及深部結(jié)構(gòu)物理信息【*2%部分研究結(jié)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(cuò)斷，然而這些莫霍面錯(cuò)斷的真實(shí)性一直存在爭(zhēng)議，因?yàn)樗鼈兒苡锌赡苁怯捎阱e(cuò)誤的震相識(shí)別或者橫向的地震波速度變化引起的，而并非真實(shí)的深度變化?；?998-1999年實(shí)施的INDEPTH計(jì)劃，Kind(1996)的研究結(jié)果認(rèn)為，Moho在班公湖一怒江縫合帶下部不存在大規(guī)模錯(cuò)斷【2%而李永華等推斷整個(gè)班公湖一怒江縫合帶存在約10km的莫霍面錯(cuò)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(gè)結(jié)論和穿越班公湖一怒江縫合帶中部的錯(cuò)勤一藏北三個(gè)湖人工地震剖面所得到的研究結(jié)果一致。Shi

9、Danian(2004)利用接收函數(shù)偏移成像的方法重新解釋了INDEPTH3數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)班公湖一怒江縫合帶對(duì)應(yīng)于其北部大約50公里存在的莫霍面凹槽，并且在崩錯(cuò)一嘉黎斷裂下面存在大約5±3km的莫霍面錯(cuò)斷mJ。Wittlinger(2004)的青藏高原西部的遠(yuǎn)震接收函數(shù)成像結(jié)果顯示【29】，Moho在羌塘地體的西部最深達(dá)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(duì)INDEPTHIII數(shù)據(jù)再處理結(jié)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(guò)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(cuò)斷或間斷因

10、此有關(guān)莫霍面錯(cuò)斷的真實(shí)性一直存在爭(zhēng)議。本文對(duì)樟木雙湖(ANTILOPEII)寬頻帶地震數(shù)據(jù)用接收函數(shù)方法得到沿該剖面(圖1)莫霍面結(jié)構(gòu)特征，為進(jìn)一步研究青藏高原隆升及動(dòng)力學(xué)機(jī)制提供依據(jù)。75,80*85*90*95*100,圖1植木-雙湖測(cè)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(dòng)臺(tái)站位置2數(shù)據(jù)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(shù)字臺(tái)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(cè)時(shí)間從2005年9月至2006年9月。選用了61個(gè)寬頻帶臺(tái)站的地震資料，遠(yuǎn)震資料的選取嚴(yán)格遵照如下標(biāo)準(zhǔn)：震中距介于30。90。，震級(jí)大于5.5級(jí)、具有清晰的P波初至和高信噪比。將ZNE分量旋轉(zhuǎn)到LQT坐標(biāo)系下，在時(shí)間域反褶積求取接收函數(shù)。用水平分層模型（修改的iasp91模型），對(duì)接收函數(shù)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(chǎn)生三個(gè)主要震相（Pms、PpPms和PpSms+PsPms）的走時(shí)僅與臺(tái)站下的Moho面

12、深度、速度有關(guān)。選取這三個(gè)震相清晰的接收函數(shù)，采H-k域加權(quán)檢加方法來(lái)估算地殼厚度和殼內(nèi)縱橫波速比【3刃。3結(jié)果和討論3.1P波接收函數(shù)偏移成像結(jié)果從61個(gè)臺(tái)站提取了3817個(gè)接收函數(shù)，每個(gè)臺(tái)站提取接收函數(shù)個(gè)數(shù)和疊加時(shí)間剖面見(jiàn)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(cè)己達(dá)65km上下，在拉薩地體Moho面最大深度達(dá)80km,在班公錯(cuò)-怒江縫合帶（BNS）附近己減少到75知。同時(shí)，在雅魯藏布江（YZS）和班公錯(cuò)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(cè)，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(cuò)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(xiàn)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(shù)疊加時(shí)間剖面和統(tǒng)計(jì)圖3.2HK疊加moho深度和地殼平均泊松比結(jié)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(nèi)變化,選擇與Moho界面相關(guān)的震相Pms、PpPms和PpSms+PsPms能夠識(shí)別的接收函數(shù)

14、參與計(jì)算，以能量聚焦為準(zhǔn)。Moho面深度結(jié)果見(jiàn)圖4,其形態(tài)與偏移結(jié)果相似，在moho面錯(cuò)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(cuò)斷現(xiàn)象（臺(tái)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(cè)線地殼平均波速比見(jiàn)圖4,相應(yīng)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(jì)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(dá)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(zhuǎn)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(shì)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(xué)因素有關(guān)。其中部分熔融對(duì)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(zhǎng)英質(zhì)巖石組成；我們的結(jié)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(jié)果相似，結(jié)合巖石熔融實(shí)驗(yàn)研究結(jié)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(jié)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(yuǎn)震P波接收函數(shù)對(duì)s波速度較為敏感，偏移成

17、像能夠真實(shí)地反映莫霍面形態(tài)特征。莫霍面錯(cuò)斷與寬角折射反射研究結(jié)果相似。結(jié)合其它接收函數(shù)結(jié)果顯示，從東到西在縫合帶附近都有Moho錯(cuò)斷，說(shuō)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(zhì)沿班公怒江縫合帶附近的莫很面錯(cuò)斷擠入地幔。印度板塊的地殼物質(zhì)從雅誓藏布縫合線下莫霍面錯(cuò)斷的地方擠入巖石圈地幔頂部。這些擠入地殼物質(zhì)在高溫高壓下可能發(fā)生榴灰?guī)r化(相變)。在縱向物質(zhì)交換的同時(shí)，地殼內(nèi)物質(zhì)也沿縫合線向東西兩側(cè)運(yùn)移。地幔物質(zhì)亦有可能沿莫霍面錯(cuò)斷進(jìn)入下地殼，導(dǎo)致下地殼存在部分熔融物質(zhì)，對(duì)下地殼進(jìn)行改造。致謝本文得到國(guó)家自

18、然基金項(xiàng)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(zhì)構(gòu)造M.北京：科學(xué)出版社.1982肖序常，李廷棟.青藏高原的構(gòu)造演化與隆升機(jī)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?wèn)|-格爾木地學(xué)斷面”綜合地球物理調(diào)查與研究J.地球物理學(xué)報(bào),1991,34(5):552-562尹安.喜馬拉雅青藏高原造山帶的地質(zhì)演化一顯生宙亞洲大陸增長(zhǎng).地球?qū)W報(bào)J,2001,22(3):193-2303 曾融生，丁志峰，吳慶舉.喜馬拉

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