体波和面波联合层析成像研究青藏高原西部岩石圈汇聚模式

A giant extrusion wedge is formed between the conjugated Karakoram fault and the Altyn Tagh fault. There are significant compressional deformations occurred in western Tibet, and the north-south extent of the western plateau is only half of the size for the eastern plateau. Distributions of ultrapotassic magmatism are limited to western Tibet. All these geological features imply a unique feature for lithospheric dynamic processes beneath western Tibet. Lithospheric structures imaging for western Tibet would give us important clues to understand the plateau evolution process. Traveltime tomography is a powerful tool to invert 3-D velocity structures, but it could not image velocity discontinuities well. Receiver function could clearly illustrate geometric shapes of the Earth’s inner velocity discontinuities, but they are not sensitive to 3-D velocity structures. If we take velocity discontinuities from receiver function researches as priori constraints in the tomography, the inverted velocity models will be effectively improved. Local body wave and surface wave are sensitive to velocity perturbations at a shallow depth, and teleseismic body wave travels steeply to a deeper depth. Joint inversions for local and teleseismic body waves, or body and surface waves could take full advantages of these different signals to establish more reliable 3-D velocity models. Here we propose to combine all data from 398 previously deployed temporary seismic stations and 10 newly proposed stations in a gap of previous deployment together, and perform a body wave and surface wave joint tomography imaging for lithospheric structures of western Tibet to improve our understanding about the plateau evolution

青藏高原西部喀喇昆仑和阿尔金断裂组成巨形楔状挤出构造，南北挤压变形强烈，南北向宽度仅为东部的一半，且仅高原西部分布中新世超钾质火山岩，表明高原西部具有独特岩石圈动力学过程，探明其岩石圈三维速度结构将为理解高原演化过程提供重要信息。走时层析成像方法反演介质三维速度结构，但对速度界面位置不敏感；而接收函数方法能准确探测地球内部速度界面几何形态，但对三维速度结构不敏感。将后者确定的界面形态作为先验信息，加入层析成像反演中，可有效提高其结果的准确度。近震体波和面波对浅部速度变化敏感，远震体波则具有更深的穿透深度。利用近远震体波、体波和面波的联合反演，可以发挥不同信号优点，获取可靠的三维速度模型。本研究拟综合现有398个流动地震台站数据，并在其空区新增10个流动地震台站，组成完备数据库，以现有接收函数结果为约束，应用体波和面波联合层析成像获取高原西部可靠的岩石圈三维结构图像，探讨高原岩石圈汇聚模式。

青藏高原西部喀喇昆仑和阿尔金断裂组成巨形楔状挤出构造，南北挤压变形强烈，南北向宽度仅为其东部宽度的一半，且岩石学研究表明仅高原西部分布与上地幔熔融相关的中新世超钾质火山岩，指示其具有独特岩石圈动力学过程，因此探明其岩石圈三维速度结构将为理解高原演化过程提供重要信息。基于项目负责人所在研究团队在青藏高原西缘布设的TW80及中法合作狮泉河-叶城宽频带流动地震观测剖面的波形数据，采用多通道互相关方法提取不同频带的纵波和横波的相对走时残差。运用有限频远震体波层析成像技术，对地壳和上地幔横波和纵波速度结构进行了反演。得到的纵波和横波速度模型显示：在研究区南部上地幔存在明显的高速异常，它以高角度延伸到大约350公里深度，这可能是俯冲的印度岩石圈。在班公湖-怒江缝合带附近以及其北侧，为明显的低速异常。同时，在塔里木盆地南缘存在上地幔顶部高速异常。结合这三者，初步推测印度岩石圈板片以高角度俯冲到了班公湖-怒江缝合带附近，没有继续向北俯冲，班公湖-怒江缝合带以北的低速异常可能是由于发生岩石圈地幔拆沉引起的软流圈物质上涌所导致的。而塔里木块体厚岩石圈仅有非常有限部分挤压进入青藏高原北部。与此同时，各向异性分析发现，存在高原和塔里木块体的相互作用，塔里木块体南缘可能存在被改造的现象。而同剑桥大学合作开展的面波成像正在有序开展，已有的群速度图像及初步速度结构图像显示在研究区附近高原岩石圈较厚，这个图像同体波成像有相似也有差异。因此后续工作需要将两者结合进行联合反演，获得更可靠的上地幔结构图像。这些速度结构图像显示青藏高原西部印度板块和欧亚板块两者与高原岩石圈之间存在不同的接触关系，这样的接触关系可能决定了高原汇聚-隆升机制。受项目支持新采集了5个台站宽频带连续两年的地震波形，并同剑桥大学合作获得了印度北部二十余个流动宽频带地震台站的事件波形数据，这些数据为后续工作提供了有力保障。