南北地震帶殼幔結構成像研究

徐小明

（中國地震局地球物理研究所，北京 100081）

對地殼和上地幔的速度結構進行成像是研究地球深部結構及動力學問題的一個有效途徑。南北地震帶地區是青藏高原與相鄰塊體的過渡帶，這里的地質構造十分復雜，地震活動頻繁。在南北地震帶地區進行殼幔結構成像研究，有利于提高對青藏高原及其與相鄰塊體相互作用等地球動力學問題的認識。本文旨在獲取南北地震帶地區的殼幔結構，利用接收函數方法獲取了南北地震帶地區的莫霍面深度和泊松比分布，應用走時層析成像方法反演了南北地震帶南段的P波速度結構，基于背景噪聲資料反演了南北地震帶中段S波速度的分布，以及使用地震面波數據獲取了南北地震帶地區的瑞利波和勒夫波相速度和S波速度的分布。經對所獲結果的分析和討論，本文得到以下主要結論：

（1）南北地震帶地區的莫霍面深度分布呈從東向西逐漸變深的趨勢，與地表地形的變化趨勢有很好的對應關系。研究區內最薄的地殼厚度位于揚子克拉通南部（約27km），而最厚的地殼厚度位于松潘－甘孜地體西部（約70km）。測量泊松比值的大小是衡量地殼礦物組分的一個重要地震學手段。本文測得的泊松比分布顯示了強烈的橫向不均勻性，揚子克拉通的泊松比（0.231）最低，表明了這里的地殼組分更多的為長英質礦物；鄂爾多斯塊體、祁連造山帶、秦嶺—大別造山帶、松潘—甘孜地體和四川盆地地區的泊松比值（0.24≤υ≤0.27）中等，川滇菱形塊體的泊松比（0.287）最高，表明了這里的地殼組分富鐵鎂質礦物。在川滇菱形塊體北部的局部地區泊松比值＞0.30，結合已有的其他地球物理參數（如低電阻率、低S波速度和高熱流值等），認為該區域的地殼內部物質可能存在部分熔融。

（2）南北地震帶南段地殼表層的P波速度結構呈條帶狀分布，與川滇菱形塊體周圍的斷裂帶走向相近。在騰沖火山地區，可以發現向下延伸至深度約400km的低速異常體。在四川盆地和揚子克拉通下方發現了較強的高速異常，該高速異常在已有的層析成像結果中也可以得到證實。在川滇菱形塊體下方50km深度上，分布著較強的低速異常，該低速異常的分布區域與本文獲取的高泊松比值分布區域相似。本文認為由泊松比異常推斷的殼內部分熔融物質更可能存在于中下地殼內。

（3）南北地震帶中段的S波速度結構以龍門山斷裂帶為界，東、西兩側的S波速度在不同深度上具有截然相反的分布特征。在淺部，東側的四川盆地受地表沉積的影響，分布著較低的S波速度；西側的青藏高原東緣淺層以基巖為主，分布著較高的S波速度。在深部，四川盆地地區的S波速度較高，而青藏高原東緣的S波速度則較低。另外，青藏高原東緣的中下地殼分布著明顯的S波低速層。

（4）南北地震帶地區不同周期的瑞利波和勒夫波相速度具有不同的分布特征，不同深度上的S波速度也具有不同的結構特征。在10s的短周期上，沉積較厚的四川盆地分布著較低的瑞利波和勒夫波相速度，青藏高原東部的造山帶地區分布著較高的相速度，這與10km深度上的S波速度結構有類似的分布趨勢。在20～40s的周期上，瑞利波和勒夫波的相速度主要反映了中下地殼的速度結構，其相速度分布以祁連造山帶、龍門山斷裂帶、安寧河斷裂帶和小江斷裂帶為界；西側的高原地區分布著較低的相速度，東側的阿拉善塊體、鄂爾多斯塊體、四川盆地和揚子克拉通分布著較高的相速度。在中下地殼深度上，松潘－甘孜地體和川滇菱形塊體內分布著較強的S波低速異常。在90～120km深度的上地幔中，靠近喜馬拉雅東構造結的鮮水河斷裂帶西南方向出現了較強的S波高速異常，該高速異常有可能與印度巖石圈沿喜馬拉雅東構造結下插到青藏高原東南緣下方有關。川滇菱形塊體的中下地殼為低速異常，而上地幔為高速異常，本文認為這為該區域的殼幔動力學解耦提供了必要條件。

（5）在松潘—甘孜地體和川滇菱形塊體的中下地殼，依據本文所獲取的P波低速異常、瑞利波和勒夫波相速度低速異常以及S波低速異常，并結合其他人利用不同方法得到的低P波和S波速度、高熱流值和低電阻率等異常，本文認為這些異常有可能是在松潘—甘孜地體和川滇菱形塊體的中下地殼存在地殼流的地震學證據。受印度板塊與歐亞板塊相互碰撞的影響，青藏高原地殼物質不斷由中下地殼向東側流動，但受到剛性的四川盆地阻擋，地殼物質則流向東北和東南方向，這引起了青藏高原東緣的強烈地殼變形及其與相鄰塊體的強相互作用，同時導致了該區域具有較強的地震活動性，誘發了如汶川、蘆山等大地震的發生。

南北地震帶；接收函數；層析成像；P波走時；背景噪聲；面波；頻散曲線