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高一帆等-JGR:青藏高原東緣-東北緣巖石圈變形特征及其動力學意義
2019-12-20 | 作者: | 【 】【打印】【關閉

  自新生代以來,印度-歐亞陸陸碰撞導致了青藏高原的隆升和廣泛的陸內變形。青藏高原東緣和東北緣是研究高原隆升、外向擴展及其與周邊塊體相互作用的關鍵區域。然而,當前對該區域的殼幔變形模式依然存在很大爭議,提出了中下地殼流、巖石圈垂向一致性變形等不同的端元模型。 

  詳細的地震各向異性結構信息是認識該區域殼幔變形模式、約束高原隆升擴展動力學的重要依據。中科院地質地球所巖石圈演化國家重點實驗室大陸巖石圈演化動力學學科組博士研究生高一帆與導師陳凌研究員等基于密集流動地震臺陣(圖1)的遠震波形記錄,應用剪切波分裂分析方法對青藏高原東緣-東北緣的地震各向異性結構與殼幔變形模式展開了研究。結果顯示,研究區各向異性結構存在顯著的空間變化:1)在活動斷裂帶或塊體邊界附近,各向異性特征變化強烈;2)各構造塊體內部特征總體一致,但不同塊體間的特征存在差異;3)青藏東緣的龍門山次級地塊和西秦嶺造山帶具有雙層各向異性結構(圖2)。 

1 研究區地形圖 (a),GPS速度場、地表應變率分布和地震臺站分布 (b) 和用于遠震剪切波分裂分析的事件分布 (c)

2 各向異性快波方向和絕對板塊運動方向差值的空間分布 (a) 和地表變形場及雙層各向異性快波方向 (b)

  基于新觀測結果,并結合已發表的多種研究資料(如地震層析成像、大地電磁成像、地表變形場等),研究團隊構建了研究區的三維殼幔變形模型(圖3)。殼幔各向異性結構在高原內部塊體邊界或活動斷裂帶區域的強烈變化,反映力學薄弱帶對大陸內部巖石圈變形具有重要影響。龍門山次級地塊和西秦嶺造山帶可能發生殼幔解耦變形,但解耦機制不同。兩區域的下層各向異性和阿壩次級地塊的各向異性可能與青藏高原物質的側向擠出有關。在龍門山次級地塊,上層各向異性可能由中下地殼流主導,上地殼和中下地殼解耦變形。而在西秦嶺造山帶,上層各向異性則可以用地殼拆離模型解釋:上地殼沿著與中下地殼的拆離面運動,并對中下地殼施加簡單剪切作用,導致中下地殼發生韌性變形。高強度四川盆地巖石圈的阻擋對青藏高原隆升具有重要影響,且新生代青藏高原物質側向擠出對四川盆地西緣的巖石圈產生改造作用。綜上所述,除印度-歐亞大陸碰撞的主導作用外,活動斷裂和殼幔性質也對青藏高原各向異性結構和巖石圈變形模式產生重大影響。 

3 青藏高原東北緣 (a) 和東緣 (b) 三維殼幔變形模式卡通圖

  研究成果發表于J Geophys Res-Solid Earth。(Gao Y, Chen L*, Wang X, et al. Complex Lithospheric Deformation in Eastern and Northeastern Tibet from Shearwave Splitting Observations and its Geodynamic Implications[J]. Journal of Geophysical Research: Solid Earth, 2019, 124: 10331–10346. DOI: 10.1029/ 2018JB017081)(原文鏈接 

 
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