天山造山帶Pn波速度與各向異性成像

雷建設 周智剛（中國地震局地殼應力研究所中國地震局地殼動力學重點實驗室，北京 100085）

天山造山帶Pn波速度與各向異性成像

雷建設 周智剛
（中國地震局地殼應力研究所中國地震局地殼動力學重點實驗室，北京 100085）

天山造山帶位于中亞哈薩克斯坦、吉爾吉斯斯坦和我國境內，距離印度板塊與歐亞板塊間碰撞帶約2 000 km，在東西方向上綿延近2 500 km，是世界上最典型的陸內造山帶之一，是研究陸內造山帶形成機理的理想場所。前人利用對天山造山帶的速度結構做過大量的研究，包括利用Pn波對中天山和東天山地區上地幔頂部速度與各向異性成像研究，以及使用三維體波速度成像技術對天山地區的地殼與地幔速度結構進行探討，大量背景噪聲成像方面的工作在天山地區也得到了開展。這些研究均取得了一些有意義的結果，較好地揭示了構造塊體間的運動過程。然而，這些研究都集中于對天山局部地區上地幔頂部速度結構或者對天山地區不同深度范圍內的速度結構進行探討，而沒有對針對整個天山造山帶上地幔頂部整體的速度和各向異性結構進行研究。因此，本研究利用從布設在西天山、中天山及帕米爾地區的流動地震觀測臺站記錄的波形數據中拾取的Pn到時資料以及從中國地震臺網觀測報告中提取的Pn到時信息，對天山造山帶及鄰區下方上地幔頂部速度與各向異性結構進行研究，揭示該區域地球動力學過程。

1　資料與方法

本研究采用的Pn波走時數據主要有以下兩個來源: ①1997—2011年期間布設在中天山、西天山及帕米爾地區的98個流動地震觀測臺站記錄到的波形資料，由這些資料我們拾取來自震級3.0級以上2 083個地震的25 173條Pn到時資料；②新疆地區2008—2013年期間中國地震臺網觀測報告中的3 617個地震被79個臺站記錄到的45 367個Pn到時資料。為保證數據質量和射線覆蓋，我們采用以下Pn數據篩選標準：震中距介于2°～ 11°之間；震源深度小于40 km；每個地震至少被5個臺站記錄，每個臺站至少記錄到5個地震；走時殘差在±4 s之間。初始反演模型設定地殼平均速度6.25 km/s，通過對數據擬合確定地殼平均厚度為49 km，上地幔頂部平均速度為8.2 km/s。通過以上標準篩選出3 628個地震事件被157個地震臺站記錄到的47 249個Pn到時數據。研究區射線分布整體上不均勻，準葛爾盆地地區和整個天山山脈地區以及塔里木盆地的西部地區射線分布較為密集，而在塔里木盆地的西部地區及研究區的邊緣地區射線分布較為稀疏。本文采用了Hearn提出的將各向同性速度和各向異性聯合反演的Pn波成像方法。

2　結果與認識

研究結果顯示，上地幔頂部存在明顯橫向不均勻性。構造活動穩定的地區如哈薩克地臺、準噶爾盆地、塔里木盆地、塔吉克凹陷和柴達木盆地地區呈現明顯高波速異常，而在構造活動相對劇烈的地區如天山造山帶和西昆侖山地區，其上地幔頂部呈明顯低波速異常。殼源地震主要分布在Pn波低速異常區以及高速異常區向低速異常的過渡帶上，表明殼內地震的孕育與地幔構造活動存在一定的相關性。天山山脈上地幔頂部各向異性快波方向整體上與山脈走向平行，而哈薩克地臺、塔里木盆地、準噶爾盆地與天山結合部位各向異性快波方向與山脈走向近似垂直，可能與它們向天山山脈下方的俯沖運動過程有關。帕米爾地區上地幔頂部各向異性快波方向呈現北向凸出的弧形特征，可能與印度板塊的北向運動相關。天山造山帶的劇烈構造活動可能和印度板塊與歐亞板塊碰撞有密切聯系。