应用地震层析成像方法研究东南极格罗夫山及其邻区上地幔速度和各向异性结构

The key to understanding the evolution of the Gondwana supercontinent is the extent and formation of the Pan-African tectonic zone. However, the terrible weather and lack of rock outcrops strongly restrict the geological and geochemistry studies. Although useful information can be derived from the results of seismology, limited data leads to poor resolution of the underground structures in this area. Therefore, based on the new data from the Grove Mountains and open data from the IRIS, this study focuses on two aspects. First, velocity structure is revealed by full waveform inversion and travel time tomography, and its geological meaning should be properly discussed. At shallow depth, poorly resolved features appear in the study area with a small amount of local and regional earthquakes if we only adopt travel time tomography, but relatively reliable images can be obtained by full waveform inversion. The second purpose of this study is to determine the relationship among the Grove Mountains, the Lambert rift and the Gamburtsev Subglacial Mountains based on the azimuthal anisotropy, derived from anisotropy tomography, and velocity structure. The expected results can provide seismic evidence for the formation and the extent of the Pan-African tectonic zone.

东南极泛非构造带的延伸范围和成因是研究冈瓦纳超大陆演化的核心，但由于该地区恶劣的自然环境和极少的岩石露头，使得这两个关键问题很难通过地表观测和采样来解决。虽然地震学结果可以为其提供丰富的依据，但是数据的缺失让科学家们难以获得该区域可靠的地下结构信息。因此，本项目拟利用格罗夫山地区新近布设的地震台站和美国IRIS公开台站，开展以下研究：（1）利用走时和全波形成像技术反演地下P、S波速度结构，揭示高低速异常区的具体形态及其构造含义。全波形反演技术,可以有效克服南极地区缺少近震以至于走时成像浅层分辨率较低的问题。（2）利用各向异性成像方法反演得到方位角各向异性参数，探查格罗夫山-兰伯特裂谷-甘布尔采夫山之间的速度和各向异性结构差异及三者间的构造关系。该研究结果可以为东南极泛非构造带的延伸范围和成因提供地震学证据。

东南极泛非构造带的延伸范围和成因是研究冈瓦纳超大陆演化的核心，但由于该地区恶劣的自然环境和极少的岩石露头，使得这两个关键问题很难通过地表观测和采样来解决。虽然地震学结果可以为其提供丰富的依据，但是数据的缺失让科学家们难以获得该区域可靠的地下结构信息。因此，本项目拟利用格罗夫山地区新近布设的地震台站和美国IRIS公开台站，在该地区开展地震成像工作，该研究结果可以为东南极泛非构造带的延伸范围和成因提供地震学证据。本项目完成目标包括：完成了东南极地区的第一批地震数据提取；利用公开数据对南极Terror裂谷及其临区的壳幔结构进行了地震成像工作；获得了南极Terror裂谷和甘布尔采夫山部分区域的三维速度结构及各向异性结构;针对南极台站稀疏的问题，对全波形成像技术细节进行了一些改进。虽然疫情影响使得本项目的研究受到了极大阻碍，但是我们在南极裂谷典型区域和主要山脉仍然开展了大量工作。主要研究内容包含：（1）对南极Terror裂谷及其周边地区进行了地下结构剖析，结合其他已有的地学资料(包括地质、地球化学等),我们发现该区域的软流圈上涌只明显出现于Terror裂谷下方，并且该上涌在浅层分别向南和向北水平地流向了Melbourne火山和Erebus火山。同时，南极横断山脉下方的巨厚岩石圈可能形成于罗斯造山时期。Wilkes冰下盆地西部下方可能存在由于裂谷作用形成的双层岩石圈结构。（2）对西藏中南部裂谷进行研究后发现，由西至东的三条裂谷成因均不相同，分别为岩石圈中裂缝产生的部分熔融,莫霍面几何结构差异和岩石圈增厚拆沉。（3）西藏西部地区的裂谷形成与软流圈的上涌无直接关系，并且印度岩石圈在喀喇昆仑断裂和西藏西部下方呈现出明显不同的变形模式。（4）通过理论和数值实验分析发现,可以利用在当前模型上得到的梯度进行空间移动来近似对当前模型进行微小扰动得到的速度梯度。将东南极裂谷台站分布相对稀疏的问题带入全波形方法测试中,本项目利用合成数据对研究区域的地下结构进行了反演测试。