青藏高原及鄰區殼幔速度結構及面波方位各向異性

蘇 偉

（中國地震局地球物理研究所，北京 100081）

（作者電子信箱，蘇偉：Suwei＠cea－igp．ac．cn）

青藏高原是印度板塊向歐亞板塊碰撞俯沖的產物，其地殼上地幔結構復雜，深部結構是青藏高原隆升動力學機制研究的基礎和關鍵。在近期的青藏高原地球動力學研究中，殼幔變形和耦合的問題是當前研究的熱點之一。本文試圖利用青藏高原及其周邊的寬頻帶數字記錄做Rayleigh面波的層析成像，以獲得青藏高原及鄰區從地殼到巖石圈地幔的群速度和方位各向異性圖像，以及三維S波速度結構，了解俯沖碰撞模型并探討殼幔變形耦合的構造意義。

本文收集了CDSN、IRIS、INDEPTH、PASSCAL、中國國家數字地震臺網以及2000—2001年和2004—2006年期間在云南和川西藏東地區布設寬頻帶流動臺網臺站的中長周期面波資料，路徑覆蓋中國大陸及其鄰近區域（12°S～55°N，70°～145°E），利用多重濾波技術提取了6 000多條混合路徑Rayleigh波群速度頻散，采用1°×1°網格劃分的Occam反演方法獲得青藏高原及鄰區（18°～45°N，70°～115°E）7～184s42個周期的群速度和各向異性分布。再由純路徑頻散反演青藏高原及鄰區每個經緯度節點介質的S波速度隨深度的變化，獲得0～350km深度地殼上地幔三維速度分布，給出了11條緯向、7條經向速度剖面和7個不同深度范圍的速度平面分布圖。最后分析解釋青藏高原及鄰區各地體的速度結構及方位各向異性，并與面波相速度和SKS結果進行了對比分析。

本文研究結果顯示出青藏高原及鄰區的深部速度結構和各向異性分布存在明顯的橫向變化和分區特征：①青藏高原具有厚殼（60～70km）和厚巖石圈（超過200km），并且青藏高原的中地殼（25～45km）存在速度約為3．2km／s的低速層；在青藏高原北部羌塘地體、松潘－甘孜－可可西里地體是低速巖石圈上地幔，而南部的喜馬拉雅地體、拉薩地體是高速的巖石圈上地幔；②青藏高原地殼的各向異性快波方向表現為環繞喜馬拉雅東構造結的順時針旋轉，在88°E以西地區各向異性快波方向為NS向，以東地區各向異性快波方向為從NE－－EW－－NW向變化，其各向異性快波方向基本與相速度及SKS快波方向結果一致；高原的上地幔巖石圈各向異性快波方向大約為NEE或EW向；軟流圈各向異性快波方向EW向；各向異性的強度總體上隨周期（深度）增大而減小；③青藏高原東南部鄰區的滇緬泰板塊和印支板塊之間的上地幔有巨型低速體，低速體物質上涌到地殼，可能與印度板塊向東俯沖到緬甸弧之下，引起軟流圈上升有關；④青藏高原面波各向異性快波方向從地殼到上地幔在大部分區域變化較小，可能屬于垂直連貫變形的殼幔變形模型；而在高原外的云南地區，快波方向從地殼到上地幔變化較大，可能屬于殼幔解耦模型；⑤在青藏高原及其鄰近區域（18°～45°N，70°～115°E）內射線較密的地區（青藏高原西南的印度板塊除外），各向異性強度大于2%且水平尺度大于400km的群速度和各向異性特征是分辨出來的；⑥反演結果約束了印度板塊與歐亞板塊碰撞動力學模式，即在青藏高原南部，印度板塊巖石圈蓋層的速度與青藏高原南部的喜馬拉雅地體、拉薩地體巖石圈蓋層的速度是一致的，印度板塊上地幔蓋層可能低角度俯沖到青藏高原上地幔之中，使得青藏高原南部巖石圈厚度超過200km，而北部巖石圈上地幔存在低速層的結構，類似于巖石圈拆離下沉，軟流圈物質侵入到上地幔頂部的情形。