喜马拉雅造山带东段错那裂谷的地壳结构

喜马拉雅造山带由印度与欧亚大陆板块的陆陆碰撞而形成。为何在挤压造山的碰撞前缘形成代表垮塌的藏南裂谷系存在巨大的争议。回答这个问题需要对裂谷的地壳结构有一个全面的认识。各裂谷带的起始活动年代自西向东逐渐年轻。本研究选取喜马拉雅东部较为年轻的错那裂谷,利用密集台阵接收的远震数据,通过P波接收函数方法,揭示错那裂谷的精细地壳结构,进而通过地壳结构分析裂谷的形成。结果显示错那裂谷为全地壳尺度结构,裂谷下方莫霍面发生明显错断,且壳内结构侧向不连续发育显著。本研究表明裂谷的形成可能关联更大尺度的区域构造运动,单一的重力垮塌是否能形成地壳尺度的裂谷需要进一步研究。综合前人对藏南裂谷系区域的超钾岩和埃达克岩研究以及深部地球物理观测结果,推断因俯冲的印度板片撕裂导致软流圈物质上涌弱化了错那裂谷区域下地壳,并且结合研究区内喜马拉雅淡色花岗岩研究显示中上地壳也存在弱化现象。因此,结合本研究结果推测全地壳尺度裂谷的形成需要不同深度的地壳弱化。     

青藏高原地区地壳—上地幔结构与巨厚地壳的形成

基于在青藏高原地区所进行的地壳与上地幔的爆炸地震探测资料;雅鲁藏布江以南和以北两条近东西向纵剖面(长约1000km左右),近南北向纵剖面(长约1200km左右),通过计算与分析,给出了青藏高原地区地壳与上地幔结构、速度分布的综合立体剖面图,发现地壳中存在著两个低速层,雅鲁藏布江是一条近于陡立的略向南倾的深大断裂带。地壳结构不论在纵向与横向都是不均匀的,最后探讨了大陆板块碰撞与巨厚地壳的形成。     

青藏高原软流圈与特提斯洋板块俯冲

由于缺乏足够的青藏高原内部观测的地震数据,难以对地壳上地幔构造进行准确的地震体波三维层析成像。在中国西部设有412个地方地震台站,2005～2008年观测仪器全部实现了数字化,为解决地震体波层析成像的观测数据问题提供了新的可能性。经过收集和整理这些地方地震台2009～2015年的数字化观测数据,得到了通过青藏高原的足够地震射线和对应的走时数据,处理后在北京和美国进行了三维层析成像计算,取得了一致的结果。利用地方地震台站的数据开展青藏高原地壳地震波速度的三维层析成像研究,得到1°×1°×20 km网格的纵波三维速度结构图像,揭示了青藏高原地壳上地幔波速结构特征。三维层析成像研究结果表明,青藏高原岩石圈地幔的速度变化很不连续,与软流圈没有连续的分界面。青藏高原软流圈内局部的高速和低速异常密集分布,与克拉通地区均匀分布的模式不同。这种软流圈内异常密集分布的模式,是新生代以来特有的大规模能量交换和物质运动的反映。成像结果发现在高原软流圈底部有一个清晰和稳定的高波速异常,它是现今特提斯洋板块的反映,纬度在28°～40°N之间。根据印度板块和特提斯洋板块的推进运动速度的估计,可以把现今特提斯洋板块构造模型沿时间轴反推回50 Ma和100 Ma以前,得到反映特提斯洋板块演化和青藏高原上地幔地质作用过程的模式。此模式说明,在50 Ma前特提斯洋板块已经俯冲到青藏高原软流圈,然后慢慢地下沉到软流圈底部。根据这个新生代青藏高原上地幔地质作用过程的反推模式,对不同时期特提斯洋板块和印度板块陆—陆俯冲前沿进行了定量的定位。这个作用过程的模式对板块构造学说以往的认识有一个重要突破:不认为所有的大洋板块都会俯冲到上地幔底部,宽度较小、俯冲速度较快的特提斯洋板块可能只俯冲到410 km的间断面之上。     

青藏高原南部与东南部重要成矿带的大地构造定格与找矿前景

印度/亚洲汇聚-碰撞过程经历了新特提斯洋盆滋生、消减和俯冲、亚洲南缘增生造山以及印度/亚洲碰撞造山和青藏高原的隆升,在青藏高原南部和东南部造就了"冈底斯火山岩浆带"、"雅鲁藏布江缝合带"、"喜马拉雅碰撞造山带"和大量物质向南东逃逸的"三江侧向挤出地体群",以及相应形成具有重大找矿突破战略前景的"冈底斯成矿带"、"雅鲁藏布江成矿带"、"特提斯喜马拉雅成矿带"和"三江成矿带"。本文通过对四大成矿带的大地构造定格讨论了与资源前景相关的科学问题,提出"冈底斯成矿带"中的岛弧型斑岩铜金矿具有找矿的重大潜力、重视藏东—滇西地区的俯冲-碰撞型岩浆成矿专属性研究;提出扩大西藏罗布莎铬铁矿矿集区的开发规模,以及在西部阿里地区的大型超基性岩体中寻找新的铬铁矿远景地的思路;在三江多阶段成矿作用的叠合型矿床中,集中古特提斯和新特提斯成矿类型,关注与斜向碰撞有关的走滑剪切带对成矿作用的制约机制;需进一步确定特提斯喜马拉雅矿化带与藏南拆离系关系和重视始—中新世高Sr/Y花岗(斑)岩的成矿专属性及找矿前景。     

华南壳幔结构与动力学的宽频地震观测研究

了解华南各岩石圈块体壳幔结构和各向异性方面的差异是揭示华南深部构造演化的基础。本文利用布设于华南的两条宽频地震测线观测数据,采用多种地震学方法对华南的地壳上地幔结构和各向异性进行了研究。接收函数结果表明,华南地区地壳厚度和岩石圈厚度都较薄,地壳厚度自东南沿海向西北内陆增厚,扬子克拉通的泊松比(波速比)低于华夏块体,表明扬子克拉通地壳较华夏块体更偏长英质。约北纬29°以北的扬子克拉通地幔转换带厚度明显增厚,可能是由地幔转换带底部停滞的冷的古太平洋板片或中生代克拉通碰撞残留造成的。层析成像结果显示华南上地幔具有很强的横向差异性,上地幔中的强烈低速异常体可能对应了晚中生代发生广泛岩浆作用时的岩浆房和岩浆通道。台湾下方的上地幔存在南北横向差异明显的高速异常,分别对应台湾南部向东俯冲的欧亚板块及台湾北部向北俯冲的菲律宾海板块。俯冲的欧亚板块在台湾南部是连续的,而在台湾中北部,由于与菲律宾海板块的相互作用,俯冲的欧亚板块被折断。剪切波分裂结果显示,以江绍断裂为界,华夏块体与扬子克拉通的岩石圈地幔各向异性存在明显的横向变化,表明两者的构造演化过程有显著差异。     

南海东北部及其邻近地区地壳上地幔P波速度结构

利用中国地震台网和ISC台站记录的P波到时数据,采用球坐标系有限差分地震层析成像方法反演了南海东北部及其邻近地区壳幔三维P波速度结构,并分析了不同地质单元的构造差异及其深部特征。结果表明:南海东北部表现出陆架地区的岩石层特性,属于华南大陆向海区的延伸,岩石层厚度较大,现今不存在大规模的地幔热流活动,推测大陆边缘张裂作用仅限于地壳内部而没有延伸进入上地幔,具有非火山型大陆边缘的深部特点。中央海盆附近上地幔P波速度明显降低,与海盆下方地幔热流活动密切相关。不同的速度异常特征表明:华南大陆暨台湾地区属于欧亚大陆的正常地壳或是与菲律宾海板块相互作用产生的增厚型地壳,冲绳海槽则是弧后扩张产生的减薄型地壳。滨海断裂带作为华南大陆高速异常和南海北部高速异常的分界,代表了一定地质时期华南地块和南海地块的拼合边界。断裂附近的上地幔低速异常揭示了闽粤沿海岩浆作用的深层动力机制。吕宋岛弧、马尼拉海沟、东吕宋海槽的速度异常与其所处的特殊构造位置有密切的关系,清晰地反映出岛弧俯冲带的地壳结构差异;台湾南部至吕宋岛弧的上地幔低速异常揭示了两个重要火山链的深部构造特征,北吕宋海脊下方100 km深度的条带状高速异常有可能代表了俯冲下沉的岩石层板片。     

岩石圈—软流圈物质循环促进大陆增生的新方式

大陆动力学研究地球内能量和物质的运动和伴随的信息传播,上地幔中的软流圈是地球内部的物质运动的关键部位之一。由于观测的技术方法少,人类对软流圈内部的地质作用过程所知甚少。在青藏高原,过去地震波三维层析成像的分辨率不高,难以对地壳上地幔构造进行准确的定位。我们收集和整理了地方地震台的数字化观测数据,使地震体波三维层析成像的准确度大大提高,为解决软流圈的地质构造准确成像提供了新的可能性。根据地震体波三维层析的成像结果,在古特提斯洋和特提斯洋俯冲板块前沿的软流圈底部410 km间断面上方,存在反映古大洋俯冲板块的高速体,它们在青藏高原、苏鲁和伊朗都有出现。清晰和稳定的高波速异常的位置表明,特提斯洋俯冲板块现在已经拆沉在软流圈的底部,古特提斯洋俯冲板块也可能曾经拆沉在软流圈的底部。对比青藏高原和苏鲁的地壳上地幔波速结构推测,拆沉造成软流圈中的轻元素物质上涌,进入大陆岩石圈,造成岩浆活动。上涌还使碰撞造山带地壳厚度减小,而岩石圈厚度增加。大约100 Ma后,俯冲下去的大洋残块会被软流圈物质磨蚀交代,使岩石圈厚度增加, 形成大陆下方的大陆根,造成大陆克拉通化和体积增生。大洋板块俯冲后在软流圈拆沉是岩石圈—软流圈物质循环的一种重要方式,对软流圈中物质均衡和体积稳定也起重要作用。     

利用不规则网格地震层析成像研究2008年日本岩手地震及岛弧火山活动(英文)

为了深入了解日本东北俯冲带的地震构造及火山活动,利用布设在日本列岛上密集地震台网所记录到的高质量浅震及深震到时数据,反演求得了该区域地壳及上地幔的三维P波和S波速度结构。为了最大程度地利用地震数据提取模型空间中更为精细的速度结构信息,采用不规则网格模型采进行地震层析成像反演。所得的高分辨率成像结果清晰地显示,2008年岩手地震(M 7.2)位于高低速异常的转换区,而且震源区的地壳介质非均匀性极强。在震源区的下地壳及上地幔顶部存在着明显的低速异常,可能代表了岛弧岩浆和流体在该深度处的储集。研究结果表明,2008年岩手地震的产生受到了来自上地幔楔的岩浆和流体的影响,且这些岩浆和流体与俯冲太平洋板块的脱水作用有着密切的联系。     

西藏冈底斯带石炭纪—二叠纪岛弧造山作用：火山岩和地球化学证据

系统地研究了西藏冈底斯带石炭纪-二叠纪火山岩的时空分布,岩相学,元素及Sr、Nd、Pb同位素地球化学,以及构造环境、源区性质,并与喜马拉雅带二叠纪火山岩进行了对比研究.冈底斯带石炭纪-二叠纪火山岩近东西向集中分布在冈底斯构造带的中北部,空间上从东至西火山活动的强度和规模渐次减小,时间上从早至晚火山活动的强度和规模总体由弱到强.冈底斯带石炭纪-二叠纪火山岩形成于活动大陆边缘的岛弧构造环境,从早到晚岛弧造山作用经历了初始岛弧→早期岛弧→成熟岛弧的发展演变过程,火山岩浆来源于富集型地幔的部分熔融物质,原始岩浆在形成和演化的过程中有俯冲洋壳、随带的深海沉积物和再循环进入地慢的地壳物质组分的强烈混染,明显不同于受地壳物质组分强烈混染的喜马拉雅带二叠纪陆缘裂陷型火山岩.综合分析冈底斯带及其邻区近年来的最新调查与研究成果,从北向南拟建了石炭纪-二叠纪冈底斯岛弧→雅鲁藏布江弧后裂谷盆地→喜马拉雅陆缘裂陷盆地的弧盆系时空结构演化模式,探讨了冈瓦纳大陆北缘石炭纪-二叠纪活动大陆边缘的岛弧造山作用与青藏高原古特提斯演化的耦合关系及其动力学机制,讨论了冈底斯带松多乡榴辉岩的形成过程.     

青藏高原地热资源与地壳热结构

青藏高原具有独特的地壳结构和高热背景。南部的喜马拉雅地块属于"热壳冷幔"型,拉萨-冈底斯地体属于"热壳热幔"型地块,该区域内中地壳范围内存在一低速高导层,可能为部分熔融岩浆囊,形成了规模宏伟的地热带。高原水热活动带主要出露在喜马拉雅-冈底斯-念青唐古拉之间,>25℃的水热区有283处,>80℃的沸、热泉有近40处。著名的羊八井高温热储地热田,已经建成装机容量达25.18 MW的地热电站,为拉萨输送了大量电力,地热资源在高原能源结构中占有重要的地位,具有巨大的开发前景和价值。      

Critical evaluation and geological correlation of teleseismic phase data from Indian seismological stations

We evaluated the quality of seismic phase data from Indian seismological stations through the analysis of teleseismic travel times reported during 1976–83 and infer that only WWSSN stations (NDI, SHL, POO, KOD) apart from GBA and HYB can be rated satisfactory while the majority of stations (more than 40) produce very poor quality data sets. Detailed analysis of teleseismic P-wave travel time residuals shows that while the average structure of the upper mantle beneath India has high velocity (negative residuals) there are marked lateral variations. In particular, three zones of anomalous positive residuals (low velocity) are observed: one beneath the north western part of the Deccan trap, the second covering the southernmost peninsula (granulite terrain) and a third rather localized one, to the north of Delhi coinciding with Delhi-Haridwar ridge. New Delhi exhibits strong negative residuals in the E-SE quadrant along with negative station anomaly, implying that it is underlain by an anomalous high velocity crust/upper mantle. The negative residuals observed over India, continue beneath the Himalaya till the south of Lhasa but change sign further northward, suggesting the northern limit of the Indian upper mantle structure.     

关于印度板块俯冲的探讨———据 INDEPTH-MT 研究结果

摘 要　 西藏高原的隆升与印度板块俯冲有着密切联系‚因而关于板块俯冲的研究一直成为 国际地学界十分关注的焦点问题。本文回顾了这一地学前缘课题的研究现状;阐述了 IN- DEPTH-MT 所提供的西藏中、南部全新的地壳电性结构特点;结合地质及深地震探测结果提 出了对印度地壳俯冲过程的推测。认为‚由于熔融及底熔现象可能使俯冲的地壳逐渐消减‚ 并向北迅速减薄‚所以估计印度板块俯冲的前沿不会超过当雄。     

喜马拉雅地区深反射地震──揭示印度大陆北缘岩石圈的复杂结构

喜马拉雅山的崛起和青藏高原的隆升被认作是印度板块和亚洲板块中、新生代以来汇聚、碰撞、挤压的结果，是典型的陆－陆碰撞地带。此文介绍了在喜马拉雅山区进行的第一次深反射地震试验的结果。试验剖面布置在北喜马拉雅地区内，从喜马拉雅山山脊南的帕里到康马南的萨马达共中１５点（ＣＭＰ）叠加剖面上表现出如下特点：①显示了在地壳中部有一强反射带，向北缓倾斜下去，延长达１００ｋｍ以上。它可能代表了一个活动的道冲断裂或是一条巨大的拆离带，印度地壳整体或下地壳沿此拆离层俯冲到藏南之下；②上部地壳的反射，显示了上地壳存在着大规模的叠瓦状结构；③下地壳的反射显示了塑性流变特征；④在测线南部莫霍反射明显，深度达７２─７５ｋｍ，发现了南部有双莫霍层的存在；⑤试验中还取得莫霍层下面３２ｓ、３８ｓ、４８ｓ等双程走时的多条反射，均向北倾斜，反射同相轴延续较长，信息丰富，反映了上地幔的成层结构。这些结果对印度大陆地壳整体或其下地壳俯冲到藏南特提斯喜马拉雅地壳之下并导致西藏南端地壳增厚的观点给予了实质性的支持。     

青藏高原北缘深部地壳结构特征及其形成机制探讨

柴达木盆地－祁连山地区位于青藏高原北缘，同青藏高原主体一样，该区具有多层地壳结构特征，并普遍出现壳内低速层，地壳厚度是华北及华南地区的2倍以上。其形成可能与地壳的横向挤压缩短及幔源物质的底侵作用有关。随着底侵作用增强，地壳厚度加大，岩石圈厚度则越趋于减薄，地壳上部表现为拉张，下部发生壳幔深熔及幔源流体的交代作用，从而导致了地壳低速层，地热和浅源地震的发育。同时，这也是青藏高原出现热壳冷幔的原因之一。     

青藏高原的地幔结构:地幔羽、地幔剪切带及岩石圈俯冲板片的拆沉

通过横穿青藏高原近 80 0 0km长的 4条天然地震层析剖面 ,获得 4 0 0km深度以上的地壳和地幔速度图像及地震波各向异性 ,揭示了青藏高原 4 0 0km深度范围内的地壳和地幔结构特征。地幔速度图像显示 ,青藏高原腹地的深地幔中存在以大型低速异常体为特征的地幔羽 ,其可能通过热通道与大面积分布的可可西里新生代高钾碱性火山作用有成因联系 ;阿尔金、康西瓦、金沙江、嘉黎及雅鲁藏布江等走滑断裂可下延至 30 0～ 4 0 0km深度 ,显示了低速高热物质组成的垂向低速异常带特征及大型超岩石圈或地幔剪切带的产出 ;发现康西瓦、东昆仑—金沙江、班公湖—怒江和雅鲁藏布缝合带下部存在不连续的高速异常带 ,可以解释为青藏高原地体拼合及碰撞过程中可能保留的加里东、古特提斯和中特提斯大洋岩石圈“化石”残片 ,是“拆沉”的地球物理证据。印度大陆岩石圈的巨厚俯冲板片以 15～ 2 0°倾角向北插入唐古拉山下 30 0km深处 ,并被高热物质组成的地幔剪切带分开。结合新的横穿喜马拉雅及青藏高原的地幔层析资料 ,提出青藏高原碰撞动力学新模式 :青藏高原南部印度岩石圈板片的翻卷式陆内超深俯冲 ,北缘克拉通向南的陆内俯冲 ,腹地深部的地幔羽上涌 ,以及地幔范围内的高原“右旋隆升”及物质向东及北东方向运动及挤出。     

从地壳上地幔构造看大陆岩石圈伸展与裂解

本篇讨论大陆岩石圈拆沉、伸展与裂解作用过程。由于大陆岩石圈厚度大而且很不均匀,产生裂谷的机制比较复杂。大陆碰撞远程效应的触发,岩石圈拆沉,以及板块运动的不规则性和地球应力场方向转折,都可能产生岩石圈断裂和大陆裂谷。岩石圈拆沉为在重力作用下"去陆根"的作用过程,演化过程可分为大陆根拆离、地壳伸展和岩石圈地幔整体破裂三个阶段。大陆碰撞带、俯冲的大陆和大洋板块、克拉通区域岩石圈,都可能产生岩石圈拆沉。大陆岩石圈调查表明,拉张区可见地壳伸展、岩石圈拆离、软流圈上拱和热沉降;它们是大陆岩石圈伸展与裂解早期的主要表现。从初始拉张的盆岭省到成熟的张裂省,拆离后地壳伸展成复式地堑,下地壳幔源玄武岩浆侵位,断裂带贯通并切穿整个岩石圈,表明地壳伸展进入成熟阶段。中国东北松辽盆地和西欧北海盆地曾处于成熟的张裂省。岩石圈破裂为岩浆侵位提供了阻力很小的通道网。岩浆侵位作用伴随岩石圈破裂和热流体上涌,成熟的张裂省可发展成大陆裂谷。多数的大陆裂谷带并没有发展成威尔逊裂谷带和洋中脊,普通的大陆裂谷要演化为威尔逊裂谷带,必须有来自软流圈的长期和持续的热流和玄武质岩浆的供应。威尔逊裂谷带岩石圈地幔和软流圈为地震低速带,其根源可能与来自地幔底部的地幔热羽流有关。     

Crustal Poisson’s ratio anomalies in the eastern part of North China and their origins

Seismic tomography can provide both fine P-wave and S-wave velocity structures of the crust and upper mantle.In addition,with proper computation,Poisson’s ratio images from the seismic velocities can be determined.However,it is unknown whether Poisson’s ratio images have any advantages when compared with the P-wave and S-wave velocity images.For the purposes of this study,high-resolution seismic tomography under the eastern part of North China region was used to determine detailed 3-D crustal P- and S-wave seismic velocities structure,as well as Poisson’s ratio images.Results of Poisson’s ratio imaging show high Poisson’s ratio(high-PR) anomalies located in the Hengshan-North Taihang-Zhangjiakou(H-NT-Z) region,demonstrating that Poisson’s ratio imaging can provide new geophysical constraints for regional tectonic evolution.The H-NT-Z region shows a prominent and continuous high-PR anomaly in the upper crust.Based on Poisson’s ratio images at different depths, we find that this high-PR anomaly is extending down to the middle crust with thickness up to about 26 km.According to rock physical property measurements and other geological data,this crustal Poisson’s ratio anomaly can be explained by Mesozoic partial melting of the upper mantle and basaltic magma underplating related to the lithospheric thinning of the North China craton.     

Intraplate earthquakes and their link with mantle dynamics: Insights from P-wave teleseismic tomography along the northern part of the North–South Tectonic Zone in China

The North–South Tectonic Zone (NSTZ) running across the Chinese continent is an important earthquake-prone zone. Around one third of the strong earthquakes (> 7.0) of China in the past occurred in this region. Receiver function study has imaged vertical convection in the mantle beneath the northern part of the NSTZ (NNSTZ), which might be related to stress accumulation and release as well as related earthquakes. Here we perform a P-wave teleseismic tomographic analysis of this region. Our results reveal prominent low-velocity and high-velocity perturbations in the upper mantle beneath this region, which we correlate with mantle upwelling, possibly resulting from lower crustal and (or) lithospheric delamination. Our results also reveal significant contrast in the velocity perturbation of the lithosphere along the two sides of this tectonic zone, suggesting possible material exchange between the eastern and western domains and lithosphere-scale control on the generation of earthquakes.     

苏鲁造山带地壳上地幔结构层析成像研究

扬子与华北板块在三叠纪的俯冲碰撞形成了著名的苏鲁超高压造山带,其板块碰撞接触关系一直是热点问题.利用国家台网中心64个省台记录的1 079个近震事件的10 922个P波到时和251个远震事件的11 931个P波到时数据,采用远近震联合反演的层析成像方法对苏鲁地区进行了地壳上地幔速度结构反演.结果显示,研究区内两个低速异常区分别对应山东半岛西部的华北板块地幔上隆区和壳幔相互作用强烈的长江中下游成矿带地区.在地幔300 km深度之下出现的高速异常体可能代表了早中生代扬子与华北板块碰撞之前俯冲拆沉的古特提斯洋板块.传统观点的扬子板块岩石圈向北俯冲不明显,华北板块表现为向东南俯冲的高速特征.华北板块俯冲以苏鲁造山带中部的北纬35°为界,分为南北两种俯冲样式.北部俯冲不明显,华北板块停滞在郯庐断裂带以西;南部则表现华北板块向东南陡倾俯冲到苏鲁造山带之下.