雅鲁藏布江缝合带的双陆内俯冲构造与部分熔融层特征──INDEPTH项目结果的初步综合

根据中、美两国合作开展的西藏深反射地震结果,提出雅鲁藏布江缝合带（YZS）的"双陆内俯冲"构造模式和缝合带南、北分别存在着不同特征的、规模不一的部分熔融层；提出YZS处断裂向深部延深有限,认为YZS处地壳增厚有4种机制：①地壳规模的大的俯冲增厚；②上部地壳内的俯冲和背冲增厚；③下地壳内的底部垫托增厚和挤压增厚；④深部熔融体的向上挤入而引起的地壳增厚.提出可能存在两条大的伸展性断裂,造成江孜南、北地块间出现了大升降.     

西秦岭-东昆仑及邻近地区地壳结构——深地震宽角反射/折射剖面结果

在青藏高原东北缘,穿过阿尼玛卿缝合带东端完成了一条637 km的近南北向深地震宽角反射/折射剖面.获得的地壳结构剖面表明,该地区Moho界面埋深48～51 km,北浅南深,横向变化不大,而地壳内部构造在不同的地质构造块体差异明显.在下地壳内出现的两组能量较强的P3、P4波组,反映了研究区下地壳的反射性质和多层结构特征.阿坝弧形断裂以南和阿尼玛卿缝合带附近壳内界面变形强烈,壳内低速异常结构明显,特别是在缝合带下方20 km以下的中下地壳异常的低速结构可以解释为存在延伸至中下地壳的破碎带构造特征.在剖面南段反映西秦岭褶皱带至松甘块体相应的地震记录出现复杂、强烈的中下地壳反射和相对较弱的Moho反射震相是该地区地壳结构的明显特征.     

西秦岭—东昆仑及邻近地区地壳结构——深地震宽角反射/折射剖面结果

在青藏高原东北缘,穿过阿尼玛卿缝合带东端完成了一条637 km的近南北向深地震宽角反射/折射剖面.获得的地壳结构剖面表明,该地区Moho界面埋深48～51 km,北浅南深,横向变化不大,而地壳内部构造在不同的地质构造块体差异明显.在下地壳内出现的两组能量较强的P₃、P₄波组,反映了研究区下地壳的反射性质和多层结构特征.阿坝弧形断裂以南和阿尼玛卿缝合带附近壳内界面变形强烈,壳内低速异常结构明显,特别是在缝合带下方20 km以下的中下地壳异常的低速结构可以解释为存在延伸至中下地壳的破碎带构造特征.在剖面南段反映西秦岭褶皱带至松甘块体相应的地震记录出现复杂、强烈的中下地壳反射和相对较弱的Moho反射震相是该地区地壳结构的明显特征.     

喜马拉雅及南藏的地壳俯冲带——地震学证据

地质学的证据表明 ,在喜马拉雅的冲断层带MCT和MBT处有大规模的地壳缩短 ;在雅鲁藏布缝合带附近也观测到冲断层 .但是 ,迄今还不知道这些冲断层向下俯冲多深 .我们根据地震学的证据 ,认为喜马拉雅及南藏的冲断层向下延伸至 80- 1 0 0km ,然后停止 .在MCT、MBT以及雅鲁藏布缝合带下面的冲断层与喜马拉雅以及南藏的多次地壳俯冲有密切关系 .这个现象为印度-欧亚的碰撞过程设定一个十分重要的框架 .该地区的地壳俯冲有一定深度 ,由于入侵的地壳太轻 ,使俯冲不能更深 ;此时由于印度板块的继续向北推进 ,在原俯冲带后方 ,出现另一个新的地壳俯冲带 .喜马拉雅与南藏的多重地壳俯冲与该地区地质活动的多幂性相吻合 .首先 ,在雅鲁藏布缝合带产生地壳俯冲 ,在到达 80- 1 0 0km处停止 .然后 ,在雅鲁藏布以南的MCT和MBT相继产生新的地壳俯冲 .它们也在 80- 1 0 0km的深处停止 .除了喜马拉雅和雅鲁藏布向北倾斜的地震带外 ,另外还观测到一个自地表从唐古拉山向南缓慢倾斜并到达雅鲁藏布地壳底部的地震带 .它可以解释为在唐古拉山附近的地壳向北仰冲 .喜马拉雅及南藏的多重地壳...     

基于大地电磁测深的藏南雅鲁藏布江缝合带电性结构研究

为研究日喀则市活动断裂深浅部构造关系及深部孕震机制,跨雅鲁藏布江谢通门—日喀则段部署了48个宽频大地电磁测深点,剖面长度为108 km。在二维反演的基础上对壳幔200 km深度范围内的电性结构进行了探测研究。剖面自南向北依次经过喜马拉雅地块、雅鲁藏布江缝合带和拉萨—冈底斯地块。喜马拉雅地块地壳表现为高阻特性,其北侧的仲巴—郎杰学陆缘移置混杂地体发育了深达上地幔盖层的巨厚的北倾低阻体;雅鲁藏布江主缝合带表现为喇叭状低阻通道,宽约10 km,存在深浅部两处低阻体,浅部南倾深部北倾,低阻通道南部发育近似直立或南倾的高阻日喀则蛇绿岩,北部发育近直立的高阻冈底斯花岗岩体,整体表现为两个高阻异常体中间夹一个连通壳幔的带状低阻通道;拉萨—冈底斯地块以高阻为主,中下地壳普遍发育低阻体。缝合带附近因板块俯冲作用导致壳幔局部增厚或减薄,表现为电性的梯度变化,表现为低阻特性的部分则是壳幔物质的运移通道。      

利用接收函数反演青藏高原西部地壳S波速度结构

相对于宽阔的腹地,青藏高原西部南北向宽度仅约600km,却记录了印度和欧亚板块汇聚的深部过程及其响应.本文用22台宽频带流动地震台站在西缘构建了一条南北向探测剖面(~80°E,TW-80试验).利用接收函数反演剖面下方S波速度结构,综合西部已有的宽频带探测结果,分析认为:印度板块向北俯冲可能已到达班公湖—怒江缝合带附近,俯冲过程中下地壳发生榴辉岩化;喀拉昆仑断裂带、班公湖—怒江缝合带、阿尔金断裂带均为切穿地壳的深断裂,莫霍面发生错断;喀拉昆仑断裂带和龙木错断裂带之间的中上地壳没有发现连续的S波低速体,说明可能缺乏解耦层,支持青藏高原西部地壳为整体缩短增厚模式.     

呼和浩特—包头盆地岩石圈细结构的深地震反射探测

跨呼和浩特-包头盆地(以下简称"呼包盆地")完成的91.8km长的深地震反射剖面,揭示了呼包盆地的岩石圈精细结构和断裂的深、浅构造特征.结果表明,本区地壳和岩石圈具有清晰的层状反射结构特征,其中,地壳厚度约45~48km,岩石圈厚度约82~87km.莫霍面在大青山之下出现约3.5km的抬升,暗示大青山的隆升不是因为地壳物质增厚所致,即大青山可能不存在"山根".呼包盆地为南浅、北深的"箕状"断陷盆地,盆地沉积层最厚处位于大青山山前,其厚度约为7~8km.鄂尔多斯北缘断裂和大青山山前断裂作为呼包盆地的南、北边界断裂,在剖面上均表现为由3~4条断裂组成的"Y"字形断裂构造,它们对呼包盆地的形成、地层沉积、基底变形和地震活动都有重要的控制作用.剖面揭示的岩石圈深断裂位于大青山山前断裂的下方,该断裂向上进入上地壳,向下切割中-下地壳、莫霍面,进入上地幔.深断裂的存在为深部热物质的上涌与能量强烈交换提供了通道,而上涌的软流层物质与岩石圈地幔发生交代和侵蚀作用导致岩石圈减薄.     

青藏高原南缘中部的地壳结构：远震P波尾波自相关的新约束

在青藏高原南缘有很多主动源和被动源地震学观测，为研究印度板块和欧亚大陆碰撞的过程和机制提供大量的地震学证据.由于印度板块的俯冲，青藏高原下方存在广泛分布的倾斜构造，对地壳结构成像带来挑战.本文基于改进的远震P波尾波自相关方法，获得了青藏高原Hi-CLIMB台阵下方清晰的P波反射率剖面.结果表明在拉萨地块下方，观察到类似于接收函数成像展示的“双Moho(doublets)”特征，反映了印度板块下地壳俯冲到青藏高原下方时可能发生了榴辉岩化；该特征向北可以追踪到31°N北侧附近，指示了印度板块下地壳的俯冲前缘.本文结果支持了印度板块向青藏高原俯冲过程中，其上地壳在雅鲁藏布江缝合带以南已被剥离，而其下地壳和岩石圈地幔继续向北俯冲并近水平地底侵到青藏高原下方.该P波反射率剖面还揭示了地壳内部的很多构造信息，例如：印度下地壳的减薄；雅鲁藏布江缝合带和班公湖—怒江缝合带的反射特征；拉萨地块和南羌塘地块的地壳内部分层特征；拉萨地块北侧和喜马拉雅北侧的中上地壳存在两个低速带.     

班公—怒江构造带的电性结构特征——大地电磁探测结果

对青藏高原过班公—怒江构造带的三条大地电磁剖面进行探测,获得班公—怒江构造带及其邻区的电性结构模型,研究了班公—怒江构造带的深部结构与构造特征.研究结果表明：构造带及其两侧上地壳内广泛分布不连续高阻体,反映了岩浆岩的空间分布特征,表明构造带南北两侧岩浆的活动规律可能存在较大差别.研究区内的冈底斯及羌塘地体的中、下地壳普遍发育高导层,反映了印度大陆碰撞、俯冲过程的效应与痕迹,而高导层之下的高阻块体则可能是向北俯冲、冷的、刚性的印度大陆地壳.羌塘地体的电性结构模型可以分为南北两个区段,南羌塘块体的壳内高导层与班公—怒江构造带对印度板块俯冲的阻挡作用有关;而北羌塘块体壳内高导层与亚洲大陆对印度板块向北俯冲的“阻挡”与向南“对冲”有关.印度板块向北的俯冲与挤入,受到班公—怒江构造带及亚洲板块的阻挡,可能没有越过班公—怒江构造带,并在班公—怒江构造带附近向下插入软流圈,导致幔源物质上涌,形成壳、幔热交换与物质交换的通道和规模巨大、延伸至上地幔的高导体.班公—怒江构造带的电性结构证明了该构造带是一组产状陡立、巨型的超壳深断裂带.     

青藏高原INDEPTH-Ⅲ剖面地壳厚度与泊松比：地质与地球物理含义

对INDEPTH Ⅲ台站的接收函数进行扫描，利用Moho界面产生的转换波和多次波的走时信息，估计台站下方的地壳平均波速比VP/VS和地壳厚度.结果显示：（1）沿着INDEPTH Ⅲ剖面，地壳厚度整体变化不大，均为65±5km，其中拉萨地块Moho界面埋深较羌塘地体要深约5～6km.结合其他研究资料，我们推断，在整个班公-怒江缝合带存在约10km的Moho错断，为拉萨地体北缘的地幔盖层向北俯冲到羌塘地体之下所致.（2）青藏高原地壳平均波速比整体都较高，可能与青藏高原地壳广泛存在的流体/部分熔融岩浆有关.拉萨地体北部异常高的地壳VP/VS可能与嘉黎-崩错右旋走滑断裂相关；而另一个泊松比异常区位于羌塘中北部（st36～st40），它可能是由热的地幔引起的壳内部分熔融所致.     

南阿尔金早古生代俯冲碰撞过程中的花岗质岩浆作用

南阿尔金俯冲碰撞杂岩带早古生代存在517,501~496,462~451和426~385 Ma四个期次的花岗质岩浆岩.第一期岩浆岩侵位于区内蛇绿岩型镁铁质岩石之中,后三期分别对应于该构造带高压-超高压岩石~500 Ma的峰期变质及其~450和~420 Ma的两期退变质时间.结合区域地质背景、镁铁-超镁铁质岩和高压-超高压变质作用研究成果综合分析,这四期岩浆岩分别是南阿尔金早古生代板块俯冲碰撞过程中,先期俯冲洋壳,之后陆壳深俯冲导致地壳加厚引发下地壳以及深俯冲板片断离导致中上地壳和造山后伸展减薄阶段部分熔融作用的产物.其中,洋壳型埃达克岩的形成时代(517 Ma)为南阿尔金洋壳俯冲作用时限提供了直接约束,陆壳深俯冲引发的高压-超高压峰期变质时代(~500 Ma)作用滞后这一事件约10 Myr,表明南阿尔金早古生代时期由洋壳俯冲转换为陆壳俯冲可能是一个连续的构造演化过程.这四期花岗质岩石与区内蛇绿岩型镁铁-超镁铁质岩石以及高压-超高压变质岩石的形成,共同记录了南阿尔金早古生代时期从大洋俯冲、之后的大陆深俯冲碰撞再到后来深俯冲陆壳折返抬升的完整构造演化过程.     

郯庐断裂北带地区主要构造单元壳幔结构特征与地震活动性.

以东北地区的地学断面及其相关资料为基础,分析了郯庐断裂北带地区的地壳-上地幔结构特征与不同地壳构造单元地震活动性之间的关系．结果表明:郯庐断裂北带两侧的壳幔结构存在明显差异,断裂带本身的发育与壳幔结构变异带关系密切;断裂的活动特点及分段明显受到地壳介质力学特性影响;郯庐断裂北带地区软流层的起伏与地貌形态呈明显的镜像关系,前者还制约着不同地壳构造单元的构造活动性及变形方式;郯庐断裂北带地区南、北两端地震较为活跃地段均与壳内低速 高导层发育地段相对应的事实,证明了刚性地块中壳幔结构较为复杂的活动断裂段是构成中强地震的主要控震构造．      

东秦岭造山带岩石圈热结构及断面模型

东秦岭岩石圈热结构热状态十分不均匀,沿断面可分成华北地块、北秦岭、南秦岭、扬子地块4大特征,其分界明显,南秦岭为“热区”,北秦岭为“冷区”。商丹断裂带具81.3mW·m~(-2)高热流值,是南北秦岭的分界线,是多期构造运动的活动带,是扬子与华北的缝合带。加里东期扬子向华北俯冲碰撞;印支-燕山期俯冲板片由于“去层状化作用”断开下沉,软流圈上侵,岩石圈土地幔变薄。后因华北岩石圈下部插入扬子俯冲板片中形成穿插构造,商丹断裂带成为现今向南倾的走滑断裂带。中上地壳有不同时期的大规模逆冲推覆体、断块向南叠置;下地壳缩短成“漏头”状下滑,地壳增厚造成东秦岭造山带现今独特复杂的岩石圈五层结构模型。     

沂沭断裂带地壳结构特征

本文利用1986年在鲁南地区开展深地震测深所获资料,反演了沂沭带南段的地壳速度结构和地壳层构造。结果发现:(1)沿沂沭断裂带的地壳低速层是不连续的,在相当于1668年8(1/2)级地震的发震段(河阳—郯城)的中、下地壳内都有低速层,在该段南、北分别缺失下地壳与中地壳的低速展;(2)沂沭断裂带深部存在四条超壳断裂,西侧二条深断裂东倾,东侧二条深断裂直立,形成上宽下窄斗形超壳断裂带;(3)沂沭带地壳的破裂程度明显存在由北向南逐渐减弱的现象;(4)沂沭带莫霍面为向下拗曲带,其两侧地壳层形变程度具有西强东弱、下强上弱和由郯城向南、向北减弱的特征;(5)郯城附近,沂沭带东地堑浅层断裂相对于深部断裂向西位错约6公里。     

印度-欧亚碰撞与洋—陆碰撞的差异

观测的证据充分表明,印度——欧亚的缝合带雅鲁藏布江上存在自南向北的地壳俯冲带,它穿过莫霍面,深度大约达到100 km. 喜马拉雅中可能存在多重的地壳俯冲. 它们有别于海洋碰撞时所产生的整个岩石圈俯冲. 作者观测到雅鲁藏布江以北上地幔的板片构造,它可以解释为印度向欧亚俯冲时上地幔岩石圈的痕迹. 它们说明与洋——陆的俯冲不同,印度向欧亚俯冲时,地壳与上地幔岩石圈出现拆层现象. 综合现有的地壳上地幔构造,显示在不同地质年代中,印度与欧亚之间产生自南向北以及自北向南相反方向的俯冲,而且俯冲带周围出现某些速度异常区.      

青藏高原东南缘地壳上地幔三维S波速度结构及动力学意义

青藏高原东南缘地形地貌复杂,构造运动强烈,是研究青藏高原地下变形和物质运移的重点区域.文章通过该区域132个固定台站的10年地震瑞利面波的双台法频散分析,并融合背景噪声方法的面波频散数据,获得了周期为5～150s的瑞利面波相速度频散资料,然后使用面波直接反演方法得到了该区域从地壳到上地幔顶部的三维S波速度结构模型.观测到该区域中下地壳存在两条低速带,分别分布在松潘-甘孜块体与川滇菱形块体西北部地区,以及小江断裂带及其东侧的云贵高原地区.小江断裂带及东侧的低速体很可能是其地壳本身增厚导致了壳内长英质物质发生塑性变形甚至部分熔融而造成的.此外,该区域中下地壳呈现显著的正径向各向异性(VSHVSV)也增强了VSV结构的低速异常幅度.小江断裂带的壳内低速异常体向南跨过红河断裂带延伸到越南北部,其形成可能与上地幔热源密切相关.两条壳内低速带在安宁河-则木河断裂带附近被一个高速体所隔开,其正好位于峨眉山大火成岩省的内带和中带区域.在云南中部峨眉山大火成岩省内带地壳中观测到了一个非常明显的柱状高速体,可能是峨眉山大火成岩省形成时残留在地壳中的基性-超基性物质.在上地幔顶部,红河断裂以南的印支和华南块体中出现了大范围的低速异常,并随着深度增加逐渐沿着小江断裂带向北延伸进入扬子克拉通.基于成像结果,认为青藏高原东南缘正同时经历三种不同模式的构造运动:(1)上地壳物质强度较大,在大型走滑断层的控制下呈刚性挤出;(2)中下地壳存在被较高强度物质分隔开的两片黏塑性物质区域,在区域应力场和断裂带的控制下向南发生塑性运移;(3)红河断裂以南的上地幔主要受控于大规模的软流圈物质上涌,与岩石圈拆沉和缅甸下方印度板块的东向俯冲与后撤密切相关.     

可可西里岩石圈向北俯冲到柴达木地幔的地震学证据

利用中美德INDEPTH IV合作项目2007—2009年间布置于青藏高原中、北部140个宽频地震台站记录到的天然地震数据,经过接收函数成像处理,获得了3条穿过昆仑—阿尼玛卿缝合带清晰的壳幔结构图像.结果显示柴达木南缘莫霍面位于约50 km深度,羌塘地块、可可西里地块、东昆仑造山带莫霍面位于约65 km深度,昆仑—阿尼玛卿缝合带以北约50 km存在莫霍面深度突变.在可可西里和柴达木岩石圈地幔之间观测到北倾界面,这可能是可可西里岩石圈向北俯冲到柴达木地幔之下的证据.可可西里地块地壳内宽缓的负转换震相带是低速带的反映,其向北挤入到东昆仑山下发生挤压增厚,可能是东昆仑山隆升的原因;由于刚性柴达木岩石圈的阻挡,物质向东改向,则可能是该地区向东旋转的构造应力场产生的原因.本文研究结果不支持亚洲岩石圈地幔在东昆仑—柴达木交界处向南俯冲,据此,我们提出了新的东昆仑造山模式.     

青藏高原地壳高导层的成因及动力学意义探讨——大地电磁探测提供的证据

大地电磁探测结果显示,青藏高原的中下地壳普遍存在大规模的高导层,其电阻率低于10 Ωm,远低于稳定构造区地壳的平均电阻率值.通过对可能形成地壳内大规模低阻异常地质原因的分析认为,青藏高原地壳中的高导层不可能是由金属矿、石墨层或者单纯的含盐水流体引起的,而很可能是由于地壳岩石的部分熔融或者是部分熔融与含盐水流体共同导致的.这些高导层的形成是与板块运动等动力学过程密切相关的.地壳内的高导层可能是印度板块和亚洲板块俯冲的电性痕迹,其成因与板块俯冲过程中由于摩擦生热导致的岩石部分熔融和脱水作用有关,也可能与岩石圈拆沉造成幔源物质上涌有关.沿高原内主要缝合带均存在东西向连续分布的大规模高导体,有可能是青藏高原下地壳物质向东"逃逸"的证据;其中班公-怒江缝合带可能是最重要的物质运移"通道".     

青藏高原东南缘地壳速度结构及云南漾濞MS6.4地震深部孕震环境

青藏高原东南缘岩石圈变形强烈、地震活动频繁,对其深部结构进行研究有助于提高对其演化及强震发震机理等问题的认识.本研究利用青藏东南缘固定和流动观测台站记录的地震P波走时数据,采用体波走时层析成像方法得到研究区地壳、上地幔顶部三维P波速度结构.结果显示,峨眉山大火成岩省内带范围呈明显的高速异常,推测为二叠纪时期地幔柱活动残留在地壳内的基性和超基性幔源物质.川西北次级块体和大火成岩省内带东西两侧存在低速带,可能是壳内部分熔融存在和中下地壳流动的证据:高原物质向南运移时受大火成岩省壳内高速体阻挡后分为两支,东支沿安宁河断裂—则木河断裂—小江断裂延伸,西支沿红河断裂向上地壳运移并逐渐穿过红河断裂.云南漾濞M_S6.4地震序列全部位于西支低速通道之上,推测构造块体SE向运动和地壳流作用使得应力在上地壳震源区进一步集中,共同驱动断裂活动导致漾濞地震发生.     

阿尼玛卿缝合带东段上地壳结构——马尔康-碌曲-古浪深地震测深剖面结果

位于青藏高原东北缘川北甘南地区的马尔康——碌曲——古浪深地震测深剖面穿越阿尼玛卿缝合带东段,利用该剖面获得的Pg, Sg初至折射波资料,采用有限差分成像、射线追踪反演、时间项反演和走时曲线分析等方法,对阿尼玛卿缝合带东段及其两侧的上地壳结构进行了分析. 结果表明, 研究区基底变化较大. 由南向北,基底在若尔盖盆地呈稳定的上隆状态,在阿尼玛卿缝合带内强烈下陷,在缝合带北侧一定范围内隆升之后,向北呈下陷趋势. 阿尼玛卿缝合带相对两侧整体表现为南倾的低速带结构,且内部速度存在非均匀性. 库赛湖——玛沁断裂、武都——迭部断裂和舟曲——两当断裂均表现为不同规模的低速带. 库赛湖-玛沁断裂和舟曲——两当断裂位置处基底界面埋深有明显变化,是区隔阿尼玛卿缝合带南北两侧的主要断裂. 武都——迭部断裂发生在基底界面深度变化带上,它与舟曲——两当断裂可能具有同一深部构造背景. 阿尼玛卿缝合带所呈现的强烈下陷的基底低速结构和非均匀性体现了上地壳受挤压的破碎结构特征.