青藏高原樟木-双湖宽频带地震剖面地壳结构特征.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-双湖宽频带地震剖面地壳结构特征王伟I,赵俊猛2,高星I琨长辉3,刘红兵2,裴顺平21.资源与环

5、境信息系统国家重点实验室，中科院地理科学与资源研究所，北京1001012.中国科学院育藏高原研究所，北京1001013.地球探测与信息技术学院，中国地质大学（北京），北京100085摘要：本文对青蒙高原中部樟木-双湖宽频带数字台站探测剖面资料用接收函数共转换点叠加、H.K扫描方法处理，得到清晰的莫夜面结构特征：雅鲁藏布缝合带以南莫霍面北倾，莫程面明显错断，断距达10公里；班公-怒江缝合带以北莫狱面南倾，缝合带附近莫霍面具有间断特征；莫值面埋深在喜马拉雅地体最浅（50-60公里），拉萨地体达到最深（80公里），在羌塘地体为70公里。沿剖面育藏高原地壳平均泊松比为0.26-0.29,整体都较高并探

6、讨了莫霍面间断、错断与地充、地幔物质交换关系。关键词：接收函数；偏移成像；莫霍面；缝合带1引言青藏高原由若干地体拼贴而成，这些地体自早古生代以来从北到南依次增生在欧亚大陆南缘"旬。青藏高原的地体划分如图1所示，从南至北依次是喜马拉雅地体、拉萨地体、羌塘地体、松潘一甘孜一可可西里地体、东昆仑一柴达木地体、祁连山地体，不是一个均一的整体。青藏高原在地体拼合过程中，就已经发生不均匀的抬升。印度板块与欧亚板块的双向汇聚挤压是高原隆升的动力主源，岩石圈拆层与板块断离作用引起高原快速隆升和后期的伸展。英霍面是地壳与地幔的分界面，地震波在通过该界面时速度、能量都会出现台阶式跃变，莫霍面的构造形态直

7、接反映岩石圈上地幔的变形特征，因此可以利用地震得到该界面的形态，从而推测岩石圈地幔的变形特征【5罚。青藏高原是全球地学界共同关注的大陆动力学研究的焦点，青藏高原莫霍面的深度及其横向变化、壳幔界面的精细结构是揭示岩石圈动力学过程的重要参数。几十年来大量地震深部探测结果揭示出青藏高原内部许多不同地区的壳幔结构特征的细节，每一次新发现都对大陆动力学研究有重要的促进作用。人工源宽角折射/反射地震研究I给出班公.怒江缝合带南侧拉萨地体地壳厚度75-78km,北侧的羌塘地体地壳厚度为68.70km。天然源接收函数、地震各向异性和层析成像方法获取了大量关于青藏高原隆升、构造演化和上地幔特征等信息，促进了极大

8、丰富了青藏高原地壳及深部结构物理信息【*2%部分研究结果显示英雀面在青藏高原的主要缝合带下部都有不同程度的错断，然而这些莫霍面错断的真实性一直存在争议，因为它们很有可能是由于错误的震相识别或者横向的地震波速度变化引起的，而并非真实的深度变化。基于1998-1999年实施的INDEPTH计划，Kind(1996)的研究结果认为，Moho在班公湖一怒江缝合带下部不存在大规模错断【2%而李永华等推断整个班公湖一怒江缝合带存在约10km的莫霍面错断，是由拉萨地体北缘的地幔盖层向北俯冲到羌塘地体之下所致SR),这个结论和穿越班公湖一怒江缝合带中部的错勤一藏北三个湖人工地震剖面所得到的研究结果一致。Shi

9、Danian(2004)利用接收函数偏移成像的方法重新解释了INDEPTH3数据，发现班公湖一怒江缝合带对应于其北部大约50公里存在的莫霍面凹槽，并且在崩错一嘉黎断裂下面存在大约5±3km的莫霍面错断mJ。Wittlinger(2004)的青藏高原西部的远震接收函数成像结果显示【29】，Moho在羌塘地体的西部最深达到90km,并且在阿尔金断裂和班公湖一怒江缝合带下部快速升高20km和10km。XiaoboTian(2005)对INDEPTHIII数据再处理结果也显示出班公怒江缝合带附近莫霍面不连续的特征印)。通过附近剖面显示雅鲁藏布江、班公-怒江缝合带附近存在不同程度的错断或间断因

10、此有关莫霍面错断的真实性一直存在争议。本文对樟木双湖(ANTILOPEII)宽频带地震数据用接收函数方法得到沿该剖面(图1)莫霍面结构特征，为进一步研究青藏高原隆升及动力学机制提供依据。75,80*85*90*95*100,图1植木-双湖测线位置,YZS雅鲁藏布江缝合带，BNS：班公-怒江缝合带，JS：金沙江缝合带,AKMS:阿尼玛卿一昆仑一木孜塔格缝合带，红色三角为宽频带流动台站位置2数据和方法本文研究区域位于27.5°N-34°N与85%-90%之间(图1)。使用的宽频带数字台站由30套宽频带地震仪DS-24、24套CMG-3ESP和12套STS-2组成。DS-24地震

11、仪的角频率范围是1/20Hz-50Hz,CMG-3ESP地震仪的角频率范围是l/60Hz-30Hz,STS-2地震仪的角频率范围是1/120Hz-50Hz。观测时间从2005年9月至2006年9月。选用了61个宽频带台站的地震资料，远震资料的选取严格遵照如下标准：震中距介于30。90。，震级大于5.5级、具有清晰的P波初至和高信噪比。将ZNE分量旋转到LQT坐标系下，在时间域反褶积求取接收函数。用水平分层模型（修改的iasp91模型），对接收函数的射线反投影叠加偏移成像。由于壳幔边界速度差异大，Moho面产生三个主要震相（Pms、PpPms和PpSms+PsPms）的走时仅与台站下的Moho面

12、深度、速度有关。选取这三个震相清晰的接收函数，采H-k域加权检加方法来估算地壳厚度和壳内纵横波速比【3刃。3结果和讨论3.1P波接收函数偏移成像结果从61个台站提取了3817个接收函数，每个台站提取接收函数个数和叠加时间剖面见图2。在偏移剖面上（图3）,可以看出Moho面的深度自南向北从50km逐步加深，在雅鲁藏布缝合带（YZS）南侧己达65km上下，在拉萨地体Moho面最大深度达80km,在班公错-怒江缝合带（BNS）附近己减少到75知。同时，在雅鲁藏布江（YZS）和班公错一怒江（BNS）断裂带附近，Moho面均有突变不连续的特征，而且在YZS南侧，Moho从北纬28。、深50公里向北倾斜至

13、29.6%深80公里，然后向北略有抬升，延伸至31.5。附近。在雅将藏布附近形成莫霍面登瓦状错断，断距接近10公里。与雅鲁藏布缝合带附近类似，在班公一怒江缝合带南面也出现了莫很面不连续特征。北纬31.8。以北，莫很面逐渐抬升至70km深。PR«cew««FunctionsCh«t1-66图2接收函数叠加时间剖面和统计图3.2HK叠加moho深度和地壳平均泊松比结果取地壳P波平均速度为6.1,分别允许H（厚度）和K（波速比），在4090km和1.652.0的范围内变化,选择与Moho界面相关的震相Pms、PpPms和PpSms+PsPms能够识别的接收函数

14、参与计算，以能量聚焦为准。Moho面深度结果见图4,其形态与偏移结果相似，在moho面错断的地方，moho面连续性差。假定沿着剖面地壳平均P波速度不变，地壳厚度整体变化不大。莫霍面从剖面南端至北端，逐渐加深,北略有抬升。在南段北纬28.5。深约60公里，向北逐渐加深，到北纬31。附近约74公里，向北有抬升至67公里。北纬29。至31。之间莫雀面有错断现象（台站下方莫很面深度变化大、连续性差），其中拉萨地块北段Moho界而埋深较羌塘地体要深34km。沿测线地壳平均波速比见图4,相应波松比为0.26-0.29,整体偏高。将波速比划分为四部分，第一部分波速比：1.751.80,且横向延伸180km由

15、此计算的青藏高原地壳平均泊松比（0.2J0.29）整体都较高：第二部分波速比平均值最高，平均值达到1.80；第三部分随着维度由南向北线性变化：第四部分波速比平均值为1.79,且变化范围小。图3莫震面转换波、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)图4用HK方法得到moho深度（a）和Vp/Vs（b）.黑色虚心表示光

16、滑后的莫霍面，黑线表示平均波速比，按照波速比变化趋势将剖面划分为四部分3.3讨论地壳平均泊松比的变化与许多地球物理和地球化学因素有关。其中部分熔融对P波和s波速度比有很大的影响，地震波速比值，随若培融体熔融程度的增加而增大，己有的地球物理资料证明青藏高原中上地壳泊松比为0.200.24,可能为长英质岩石组成；我们的结果表明青藏高原地壳平均泊松比(0.26-0.29)整体都较高，这与Kind等人的结果相似，结合岩石熔融实验研究结果，可以推断青藏高原中下地壳广泛存在流体和部分熔融岩浆。此结论还得到了大地电磁、Lg波衰减研究、深反射以及宽角反射等研究的支持。远震P波接收函数对s波速度较为敏感，偏移成

17、像能够真实地反映莫霍面形态特征。莫霍面错断与宽角折射反射研究结果相似。结合其它接收函数结果显示，从东到西在缝合带附近都有Moho错断，说明莫霍面形态特征东西向差异很小。拉萨地体和羌塘地体沿班公怒江缝合带于晚侏罗早白垩拼合，受到印度板块向欧亚板块碰撞影响，拉萨地体地壳物质沿班公怒江缝合带附近的莫很面错断挤入地幔。印度板块的地壳物质从雅誓藏布缝合线下莫霍面错断的地方挤入岩石圈地幔顶部。这些挤入地壳物质在高温高压下可能发生榴灰岩化(相变)。在纵向物质交换的同时，地壳内物质也沿缝合线向东西两侧运移。地幔物质亦有可能沿莫霍面错断进入下地壳，导致下地壳存在部分熔融物质，对下地壳进行改造。致谢本文得到国家自

18、然基金项目(41240027>41130419.41374061.41204048)和博士后基金(2012M510533)支持，特此致谢.References1 常承法，潘裕生，却锡澜，等.宵云高原地质构造M.北京：科学出版社.1982肖序常，李廷栋.青藏高原的构造演化与隆升机制M.广东：广东科技出版社,20002 吴功建，高锐，余钦范，等.青藏高原“亚东-格尔木地学断面”综合地球物理调查与研究J.地球物理学报,1991,34(5):552-562尹安.喜马拉雅青藏高原造山带的地质演化一显生宙亚洲大陆增长.地球学报J,2001,22(3):193-2303 曾融生，丁志峰，吴庆举.喜马拉

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