基于密集台站三重震相拟合的青藏高原中部地区地幔过渡带顶部低速层结构研究

Due to the underthrusting of Indian plate, the continental lithosphere beneath the central Tibetan Plateau was thickened and detached into the deep earth, and thus affects the low-velocity layer atop the mantle transition zone (MTZ-LVL). Thus, effectively detecting the velocity structure of MTZ-LVL is of great significance for understanding the underthrusting process of the Indian plate and the detachment of the continental lithosphere. In this study, we plan to use a large number of seismic waveform data collected in the Tibetan plateau by our research group, in combination of seismic waveforms provided by the Chinese Digital Seismic Network, China Seismic Array, Incorporated Research Institutions for Seismology and Deutsches GeoForschungsZentrum. We match the observed seismic triplications with synthetics through a grid search to obtain the P-, SV- and SH-wave velocity of the MTZ-LVL beneath the central Tibetan Plateau. Based on these results, poisson's ratio and radial anisotropy can be calculated to analyze the fluid content and motion state of the MTZ-LVL. Combining the previous results of geophysical and geologic studies, we can analyze the relationship between the structure of the MTZ-LVL and tectonic evolution and regional dynamic processes. This study will provide new deep seismological evidence on how the continental collision, the plateau uplift, and the mantle detachment have affected the deeper parts of the upper mantle beneath the central Tibetan plateau.

在印度板块俯冲作用下，青藏高原中部岩石圈地幔发生增厚、拆沉进入地球深部，可对地幔过渡带顶部低速层(MTZ-LVL)产生影响，因而有效探测青藏高原中部地区MTZ-LVL形态及低速异常值，对于理解印度板块俯冲和大陆岩石圈拆沉具有重要意义。本项目拟依托本单位在青藏高原地区采集的大量地震波形资料，并充分收集中国数字测震台网、中国地震科学台阵、美国地震学研究联合会和德国地球科学中心等机构提供的地震波形数据，采用基于网格搜索的三重震相走时和波形拟合方法，获得青藏高原中部地区MTZ-LVL的P、SV和SH波速度结构，并基于此计算出泊松比和径向各向异性强度，用于分析MTZ-LVL流体含量和运动状态。结合前人地球物理和地质学研究结果，分析MTZ-LVL结构特征与该地区构造演化活动和区域动力学过程的关系，可为研究大陆碰撞、高原隆升与地幔物质拆沉对青藏高原中部地区上地幔深部结构的影响提供新的地震学依据。

在印度板块俯冲作用下，青藏高原中部岩石圈俯冲或拆沉进入地球深部，可对地幔过渡带结构产生影响，因而有效探测青藏高原中部地区地幔过渡带形态及速度异常值，对于理解印度板块俯冲和大陆岩石圈拆沉具有重要意义。基于中国数字测震台网记录的缅甸弧俯冲区的3个中深源地震和塔里木盆地的1个下地壳地震的三重震相波形数据，利用改进的迭代网格搜索方法，得到了羌塘和松潘甘孜块体地幔过渡带速度结构。结果显示，地幔过渡带顶部存在一厚为36km、P波速度降为-2.0%的低速层；地幔过渡带底部存在一厚为155km、P波速度增加为1.2%的高速异常。于此同时，410 km间断面下降了12km，660km间断面下降了30km，表明了一个厚度增加的地幔过渡带。推测该低速层为含水熔体和高温异常共同作用的结果，高速异常为水和低温异常共同作用的结果。结合多学科研究结果，提出了一种新的与大陆岩石圈拆沉或俯冲有关的动力学模型：俯冲或拆沉至地幔过渡带的冷的大陆岩石圈，遇到660km间断面的阻挡，在地幔过渡带底部堆积，形成了我们观测的高速异常；俯冲或拆沉的大陆岩石圈扰动含水的地幔过渡带物质上涌至上地幔，在地幔过渡带顶部形成了含水的高温的部分熔融低速层，该低速层可能进一步上涌至浅部形成涉及软流圈和地幔过渡带的地幔对流模式。该模型可为浅部构造的形成和改造提供大量的热的和化学成分不同的岩浆源，对理解大陆俯冲过程和圈层相互作用具有重要意义。