青藏高原東緣殼幔速度結構研究

范莉蘋

（中國地震局地球物理研究所，北京100081）

500km深度的P波速度結構中高速體對應，可能與俯沖物質有關。

關鍵詞中國西南地區；P波接收函數；S波接收函數；面波層析成像；S波速度結構

典型地區臺站下方S波速度結構：騰沖地區的上地幔頂部從45km到90km速度相對較低。華夏地塊呈現雙低速層模型，上層低速層接近60km但厚度相對較薄，下層低速層在100～140km相對較厚。松潘甘孜地塊下方存在較淺埋深的上地幔低速層，深度為80～120 km。四川盆地內部上地幔頂部50～170km都具有較高速度分布和較大的巖石圈厚度。

中圖分類號：P315.6；

文獻標識碼：A；

doi：10.3969/j.issn.0235-4975.2015.03.009

（作者電子信箱，王未來：wangwl@cea-igp.ac.cn）

青藏高原東緣殼幔速度結構研究

范莉蘋

（中國地震局地球物理研究所，北京100081）

青藏高原東緣位于松潘—甘孜褶皺帶、華南地塊、羌塘地塊、印支地塊和西緬甸弧等多個構造塊體交界地帶，此處地質組成復雜，構造運動強烈。眾多學者使用各種方法對該區域進行了研究，但目前對此處的地質演化過程、構造機制等問題仍存在眾多爭議。自2011年以來，中國地震局地球物理研究所等單位在該區域實施了中國地震科學探測臺陣計劃，布設了350個寬頻帶流動地震臺站，臺站間距約30km。得益于這前所未有的高密度臺站分布，使用目前成熟先進的地震學研究方法，在該地區進行了背景噪聲層析成像和遠震P波層析成像工作。

背景噪聲層析成像是自2004年以來迅速發展的一種面波成像方法，此方法最重要的理論基礎是利用臺站長時間的連續波形記錄提取面波經驗格林函數。本文收集了青藏高原東緣557個地震觀測臺站記錄的三分量連續波形數據，對數據進行詳細的波形預處理之后，基于改進的背景噪聲數據處理流程得到了5萬多個經驗格林函數。選取信噪比大于10的經驗格林函數，使用CPS（Computer Programs in Seismology）軟件測量得到了13 972條瑞利面波群速度頻散曲線。為保證反演結果可靠性，提高反演效率，本文利用群簇分析的方法對頻散曲線進行了篩選，最終使用6 021條頻散曲線進行了瑞利面波群速度的反演，給出了周期為6～48s的瑞利波群速度分布圖像。

根據周期6～48s的瑞利波群速度分布圖像，對群速度分布特征進行了總結。發現以下現象：①四川盆地在6～14s為明顯的低速異常，且盆地內部的低速異常分布并不均勻；在30～48s，四川盆地表現為弱高速異常，且四川盆地內西南部的速度要低于西北部；②在周期6～48s，攀枝花及周邊始終為高速異常；③自24s開始，南盤江盆地出現隨著周期增長而范圍逐漸增大的高速異常；其西北部的低速異常邊界與南盤江大體重合。

結合青藏高原的地質和其他地球物理資料，本文對上述部分現象進行了解釋，并對其構造意義進行了探討。①相對于周邊的松潘-甘孜褶皺帶、羌塘塊體等，四川盆地內部的沉積

蓋層更為年輕，沉積厚度也更大，這導致了四川盆地內的低速異常；另外，該低速異常也很好地勾勒出四川盆地內厚沉積層的邊界。四川盆地內部復雜的沉積演化歷史導致的沉積層厚度分布不均引起了盆地內部低速異常的不均勻分布，同時此低速異常分布揭示了盆地內部沉積層厚度的橫向變化。結合四川盆地及周邊的地殼厚度分布，認為長周期四川盆地處弱高速異常是由于其較薄的地殼厚度造成的。②反演的四川盆地西南部和西北部S波速度剖面揭示，西南部的低速異常是由于該處更低的下地殼和上地幔S波速度結構造成，推測青藏高原東部熱的低速上地幔物質可能在向東運移的過程中侵蝕了四川盆地的部分巖石圈地幔。該原因也解釋了四川盆地成都南北兩側的泊松比、熱流值和構造活動強度的差異。③地質和地球化學研究表明，由地幔柱巖漿活動造成的峨眉山大火成巖省中的基性巖和超基性巖以米易為中心呈圓形分布，在中心厚度最大，與結果中攀枝花周邊的高速異常分布形狀相似。推測攀枝花及周邊的低速異常與地幔柱上升過程中，高密度鎂鐵質和超鎂鐵質巖漿侵入巖石圈不同深度有關。進一步推測認為攀枝花及周邊的該高速異常體阻擋了川滇菱形塊體北部川西北次級塊體中物質東南向的運移，導致在麗江-小金河斷裂帶北側的川西北次級塊體海拔遠高于南部的滇中次級塊體。④本研究反演了南盤江兩側的S波速度結構，發現從地殼淺部至上地幔頂部南盤江盆地的S波速度均高于華南塊體西南其他區域，這種現象在中下地殼尤其明顯。推測南盤江盆地高速異常體可能阻擋了青藏高原物質的東南向運移。

遠震體波成像方法是一種研究地球深部速度結構的常用方法，它得到的結果垂向分辨率較高。本文收集了516個地震臺站，888個地震的遠震波形，數據預處理之后使用波形互相關的方法提取了111 748個走時殘差。使用FMTT（Fast Marching Traveltime Tomography）技術進行了三維高分辨率P波速度結構成像。FMTT方法在正演過程中使用了基于迎風有限差分近似的波前追蹤方法，反演過程中使用子空間反演方法進行了走時殘差的反演。相對于傳統常用的射線追蹤方法和LSQR反演算法，波前追蹤方法穩定且能夠求取復雜震相的走時，子空間反演方法則占用內存較小，且能夠同時處理多種參數。使用該方法，本文得到了0 ～600km的三維P波速度結構。采用恢復性實驗檢驗了最終結果的可靠性和分辨率。恢復性實驗結果顯示原始速度擾動和恢復的速度擾動之間除異常幅度有所差異之外，異常體的形態基本一致，證明了該方法的可靠性。另外前者0.5°左右的速度擾動異常能夠在恢復性實驗結果中清晰明確地看到，說明此研究的成像分辨率可達0.5°×0.5°。

根據文中遠震P波層析成像研究結果，針對于青藏高原東部的構造機制本研究對以下幾個方面進行了初步的探討。①在50km深度上，攀枝花地區相對于川滇菱形塊體整片低速異常為局部高速。結合之前學者對攀枝花地區的其他研究，推斷是由于造成峨眉山玄武巖省的地幔柱在上升過程中，鎂鐵質和超鎂鐵質巖漿的侵入造成的。②在深度50～150km深度剖面上，四川盆地表現為高速異常，但是在150km深度上，異常幅度有所降低，且范圍縮小至四川盆地東部。由于四川盆地是在元古代揚子地臺基地上形成，且現今地表熱流分布具有典型克拉通特征，推斷四川盆地冷硬且厚的克拉通型巖石圈是造成整體上高速的原因。③沿28°N的深度剖面上，四川盆地下的高速異常西薄東厚，川滇菱形塊體下方的低速異常向東傾斜至盆地下部。其原因可能是青藏高原軟流圈物質向東運移的過程中受到四川盆地下部巖石圈的阻擋，從而轉而向下溢流，對四川盆地下部巖石圈基底進行侵蝕。另外，這種侵蝕作用可能也是四川盆地西南部構造活動強烈的原因。④騰沖火山群周邊地下的低速異常可一直延伸至300km左右，另外沿25°N垂直剖面上低速異常自東向西由深至淺，在其下方還存在自