鄂爾多斯塊體及周緣瑞利面波相速度和方位各向異性研究

姚志祥

（中國地震局地球物理研究所，北京 100081）

鄂爾多斯塊體被認為是華北克拉通自中生代破壞后殘留的穩定地塊，內部礦產資源豐富，活動微弱，而周緣地區新生代受到強烈改造，構造運動強烈，地震頻發。由于鄂爾多斯塊體處于中國東西部過渡區域，受到中國東西部雙重動力作用的影響，其深部動力學問題一直是地球科學家研究的熱點。

本文介紹了鄂爾多斯塊體及周緣地區的構造演化、地質概況、地震活動、塊體運動和應力環境以及區域的地球物理研究成果。本文使用基階瑞利面波層析成像方法進行相速度和方位各向異性研究，因此在介紹使用的方法之前，對面波特征、分析方法、各向異性種類和形成進行了概述。

本研究利用鄂爾多斯塊體及周緣地區的98個寬頻帶流動臺站和118個寬頻帶固定臺站，挑選出2010年1月～2011年12月期間237個遠震事件的高質量面波波形數據，利用雙平面波方法反演了20～143s共13個周期的一維和二維相速度及方位各向異性，又利用Saito的非線性反演方法反演了S波速度結構。根據這些結果，分析討論鄂爾多斯塊體及周緣區域的深部結構和動力學環境。研究結果表明：

（1）鄂爾多斯塊體大部分區域巖石圈厚度在170～180km之間，呈高速特征，內部變形微弱，可能保留有克拉通性質的巖石圈根。巖石圈上部方位各向異性快波方向呈近EW向，為殘留“化石”各向異性，巖石圈下部呈近NW—SE向，可能是現今板塊構造運動導致的變形形成，巖石圈的這種垂向上的變形變化約開始于80～100km深度范圍。鄂爾多斯塊體巖石圈垂向上的變形差異可能主要與巖石圈溫度隨深度的變化有關。現今青藏高原的NE向擠壓可能對鄂爾多斯塊體巖石圈變形起主要作用。

（2）鄂爾多斯塊體東北部存在軟流圈沿巖石圈薄弱帶的被動裂谷模式下的上涌，上涌中心區域位于大同盆地西側和岱海斷陷盆地東南。由于軟流圈巖漿熱物質沿通道快速上涌，并注入地殼底部，在熱侵蝕作用下引起殼幔物質熔融，導致了該區域地殼和上地幔的大范圍低速異常。軟流圈上涌位置和巖漿運移的差異，可能控制了大同等附近區域火山噴發模式和新生代玄武巖的區域差異。軟流圈的上涌，造成新生代大同附近巖石圈的進一步減薄。河套斷陷帶下地殼和巖石圈的低速異常可能與軟流圈上涌熱物質的側向運移有關。

（3）鄂爾多斯塊體西南的西秦嶺、東祁連附近區域地殼及巖石圈的低速異常可能主要與該區的構造運動有關，即主要是由青藏高原向北東方向增生擴展作用引起的殼幔強烈剪切變形導致的地殼和巖石圈內生熱和塑性流變引起，而不是軟流圈熱物質的大規模上涌。在六盤山斷裂帶附近，可能存在深部軟流圈熱物質的局部上涌。

（4）鄂爾多斯塊體東南的山西地塹南部、豫西北區域巖石圈約厚70km，軟流圈顯著上升，可能是中生代華北克拉通巖石圈減薄后的反映。山西地塹中部37°N～38°N區域可能存在鄂爾多斯塊體突出的高速巖石圈，分割了南北異常的軟流圈，高速巖石圈可能正遭受到南北軟流圈的熱侵蝕作用。秦嶺造山帶中部偏東，在108°E～109.5°E之間靠近渭河盆地一側，100～150km深處存在高速異常體，可能是俯沖到華北塊體之下的揚子塊體拆沉的巖石圈，該區域現今發生的拆沉可能主要是由揚子塊體與華北塊體的斜向匯聚導致。

綜合分析認為，青藏高原的隆升并向東北擴展擠壓，可能對現今鄂爾多斯塊體運動和變形起主要作用，而鄂爾多斯塊體的運動又為周緣地區的進一步構造演化提供了新的環境。

鄂爾多斯；瑞利面波；相速度；各向異性；S波速度