藏西北上地幔過渡帶速度結構研究

張瑞青 吳慶舉 李永華 曾融生

（中國地震局地球物理研究所，北京 100081）

地幔過渡帶是指全球性的410 km和660 km間斷面之間的部分，其中660 km的間斷面是上、下地幔的分界線.過渡帶內地震波速度異常和間斷面的起伏特征是探測地幔溫度，其化學組分以及相關動力學等問題的有效途徑。這是因為一方面，地震波速度對溫度較敏感，在低溫異常的情況下，地震波常表現為高速異常。另一方面，礦物物理研究認為上地幔660 km的間斷面是相變引起的[Ringwood，1994]，相變的一個重要參數是克拉珀龍斜率（?P/?T）。由于660 km間斷面相變的?P/?T是負值，因而在低溫異常的情況下，例如俯沖地區，660 km的間斷面通常加深。為此，地震波速度異常和間斷面起伏特征成為上地幔深部結構信息的重要指標參數。

所謂三重震相，就是區域地震波（10°～30°）在穿過上地幔過渡帶時，由于410 km和660 km間斷面以及過渡帶內速度梯度影響產生的復雜震相。對于單臺記錄而言，其射線在震源和臺站下方匯聚，采樣路徑的區別主要來自于內過渡帶內回折點對應速度結構的不同，為此可通過觀測到的相鄰震相之間的到時差和振幅大小來約束過渡帶深部結構。三重震相的強約束來自于對過渡帶內不同深度的連續采樣，為此需要不同震中距的臺站觀測資料。與其他地震學手段相比，三重震相波形特征模擬研究的優點在于不僅可刻畫間斷面小尺度的起伏特征，而且可獲得過渡帶詳盡的地震波速度結構。然而其缺點在于受限于中深源地震事件的分布。

青藏高原是全球最高、最大的高原.在50～70 Ma之前，隨著特提斯洋的閉合，印度和歐亞板塊的碰撞形成了喜馬拉雅-青藏高原造山帶。青藏高原的殼、幔變形是否影響到上地幔過渡帶，關系到該區構造演化不同的動力學模式的甄別。區域P波層析成像在藏中100～400 km的深度范圍內，觀測到近乎直立的高速異常體，被認為是印度巖石圈板塊垂直向下俯沖的證據。然而這并沒有得到遠震層析成像和接收函數研究的支持。已有的三重震相研究顯示藏中過渡帶底部存在明顯的P波高速異常，推測是拆沉的巖石圈板片所致。值得推敲的是藏中和穩定印度地塊下方過渡帶的S波速度結構卻無相應的高速異常。

2003年，青藏高原的東南緣布設的兩個寬頻帶地震觀測臺陣，Namche Barwa Tibet和2003MIT-China，以及周邊拉薩(LSA)固定臺站所記錄到的興都-庫什發生的中深源地震事件，為研究藏西北下方近東西向剖面的過渡帶深部結構提供了得天獨厚的條件。首先，所選臺陣與地震事件之間的震中距約在15°～30°內，利于三重震相的觀測。其次，興都-庫什發生的地震事件震源深度深，避免了410 km間斷面三重震相的干擾，因而對過渡帶底部的分辨較高。

本文首次提出震源深度偏移波形疊加方法，并將其成功應用到藏北地區。該方法不僅可增強三重震相識別的可靠性，同時為從大量的觀測數據中提取三重震相剖面特征提供了一種有效途徑。

通過三重震相剖面模擬，研究給出了藏西北地幔過渡帶的S波（vS）和P波（vP）速度模型，發現這兩種模型之間并不簡單線性相關。過渡帶內vS梯度小，660 km間斷面上速度跳躍大;與之相反，P波速度結構則表現為vP梯度大，和660 km間斷面速度跳躍小的特點。與此同時，兩種模型均顯示660 km間斷面埋深無明顯異常。

本文結果與其他研究所得到的藏中和拉薩塊體下方的速度結構基本一致。然而與穩定的印度地盾相比，藏北過渡帶底部vS幾乎相當，而vP略顯高速，因而vP/vS比值稍大。藏北、藏中和拉薩塊體下方過渡帶深部結構的相似性被用來支持青藏高原殼、幔變形特征還沒有到達上地幔過渡帶。這與最近的接收函數研究的結果一致。結合礦物物理研究，本文推測藏北vS和vP速度結構的不耦合主要是由過渡帶內化學成分的橫向不均勻性。例如，鋁含量的增多引起的。考慮到青藏高原的構造演化，我們推測研究區過渡帶內鋁含量的增多可能與高原形成過程中特堤斯洋板片的俯沖-拆沉有關。