青藏高原東北緣殼幔各向異性的差異及含義

王瓊 高原

（中國地震局地震預測研究所，北京 100036）

青藏高原東北緣是青藏塊體東北部大型邊界變形帶，地處青藏塊體、華南地塊、鄂爾多斯地塊和阿拉善地塊的交匯處，為新構造時期以來較為活躍的地質構造單元，其內部發育了多條規模較大的斷裂：阿爾金斷裂、祁連山斷裂帶和海原斷裂等。地震各向異性是了解殼幔形變的有效方法之一，深入系統地研究該地區的殼幔各向異性及形變機制，將有助于理解該區域內塊體深部構造、形變場特征，剖析不同塊體時的相互作用及不同圈層的耦擬關系。同時，對解釋板塊之時的碰撞模式、青藏高原的隆升機制以及物質的逃逸方式等動力學過程有特殊意義。

研究收集了甘肅區域地震臺網2007年7月至2010年7月41個寬頻帶地震臺站的遠震記錄，利用遠震記錄中的SKS、PKS、SKKS（以下簡稱XKS）震相開展剪切波分裂分析。XKS波由地幔進入地核，由于S波在地核內不傳播，所以XKS全部轉換成P波，P波經過核幔邊界再次進入地幔后，又會轉換成S波，此時S波只有徑向分量，沒有切向分量。如果地幔中存在各向異性介質，則S波會分裂成正交方向的兩列波，快波和慢波。這時，就能觀測到明顯的切向分量。因此，能否從觀測記錄識別明顯的XKS切向能量，是鑒別臺站下方是否存在各向異性介質的重要標準。通常，把快剪切波偏振方向(ψ)與慢剪切波延遲時時(δt)作為描述各向異性介質的兩個重要參數。XKS分裂計算采用的是較為常用的SC方法，該方法主要根據切向能量最小原理，進行二維網格搜索，反演獲取臺站下方各向異性參數（ψ，δt）。其解的誤差估計用F-試驗的置信區域來表示，置信度一般為95%。選取地震事件震級為不小于MS5.5。為拓展可用數據，對于PKS震相選取震中距120°～180°的地震事件，對于SKS和SKKS震相選取84°～180°的地震事件。為了提高遠震記錄中XKS震相的信噪比，在計算各向異性參數前對數據進行帶通濾波處理。

由XKS分裂參數結果，得到該地區上地幔各向異性圖像（圖1中紅色擬段）。由各向異性分布特征可知：在阿爾金山斷裂帶西側，各向異性快波偏振呈WNW-ESE方向，與斷裂帶走向有一定夾角，與塔里木盆地向柴達木盆地俯沖方向一致，也與相對于熱點參考系的絕對板塊運動方向（圖1中的空心箭頭）一致。在祁連山-河西走廊構造區，XKS快波偏振呈NW-SE方向，一致性較好，與區域斷層走向方向相同。在海原斷裂東部隴中盆地及其周圍，XKS快波方向總體呈WNW-ESE方向。研究認為，該地區的上地幔物質變形可能主要受古構造運動的影響。

為進一步探討研究區域殼幔各向異性的異同，根據張輝等由剪切波分裂SAM分析法得到的青藏高原東北緣地殼各向異性結果（圖1藍色和綠色擬段），進行綜擬對比分析。可以看到，在祁連山-河西走廊構造區地殼剪切波快波偏振在該區域呈NE-SW方向，與相對于穩定歐亞大陸GPS運動速率（白色小箭頭）一致，與XKS的快波偏振方向不同，地殼和地幔快波偏振方向的差異說明了殼幔變形可能有著不同的機制。地殼各向異性快波方向反映了區域主壓應力方向，受印度板塊向北推擠作用，當走廊盆地相對下降、祁連山相對隆起時，區域自SW向NE的擠壓作用比較強烈，西部以NE向地殼縮短為主。在擠壓過程中，青藏高原物質自第四紀以來有向東滑平的趨勢，XKS波各向異性能夠反映這種深部物質的平動過程。在研究區域的東部，即隴中盆地及其周緣，地殼快剪切波偏振和地幔XKS快波偏振總體上呈WNW-ESE方向，暗示了可能相同的殼幔變形機制。對于不同臺站結果之時存在的離散，則可能來自于局部構造的影響。該處平于活躍青藏地塊向穩定鄂爾多斯地塊過渡地帶，所以相對于其他區域具有更加復雜的構造，更深入的研究仍在繼續之中。

圖1 青藏高原東北緣地震各向異性快波偏振分布圖