青藏高原东部基于地球动力学模拟的上地幔地震各向异性研究

Seismic anisotropy is a probe to understand the formation and evolution of Earth's interior. It provides a unique constraint on the character of past and present deformation in the lithosphere and sublithospheric mantle. However, the interpretation of continental seismic anisotropy is qualitative or half quantitative due to the intrinsic limitation of the seismic techniques currently available to image seismic anisotropy with passive source seismic data. A more robust and quantitative characterization of anisotropic parameters is the key challenge in imaging seismic anisotropy. Scientific workers pay more attention to the relationship between the anisotropy, strain (through lattice preferred orientation) and tectonic processes. In this study, we integrate seismic anisotropic observation and geodynamic modeling to obtain the 3-D seismic anisotropic structure in eastern Tibet Plateau.

地震各向异性是窥测地球深部构造的"探针"。通过地震各向异性可以获取地球深部结构与构造变形、地球动力学和地幔对流等信息。然而，由于目前地震各向异性观测方法的局限性，使得应用地震各向异性重建深部结构变形及相应地质过程的研究停留在定性或半定量层面上，地震各向异性研究定量化是国际地球科学研究的热点和难点之一。科学工作者一直在探索"大陆上地幔地震各向异性特征与相应的岩石、矿物组成及构造之间的关系及其与深部地质过程之间内在的本质联系"。本项目以青藏高原东部地区上地幔各向异性结构为研究对象，以地球动力学模拟为基础，以地震各向异性观测（剪切波分裂和Rayleigh波方位各向异性）为约束，以有限应变与岩石矿物晶格优势方位关系研究为桥梁，用现代观测手段获得的科学数据与配套的地震学、地球动力学、岩石矿物与构造地质学的综合研究为基础，探讨应用定量3-D地震各向异性结构重建研究区深部地质过程。

本项目以青藏高原东部地区地震各向异性观测（剪切波分裂和Rayleigh波方位各向异性）为约束，通过建立地球动力学模型并计算其相应的理论各向异性参数，对比实际与理论参数，获取最佳模型，重构研究区深部地质过程。我们建立了三组模型，模型主要差异为印度板块相对欧亚板块的运动速率，分别为0 cm/yr，7 cm/yr和15 cm/yr。两板块相对运动速率为0 cm/yr的模型结果不符合高原中部拉张，地震波低速等地质和地震学研究结果。两板块相对运动速率为15 cm/yr的模型，印度板块向下俯冲导致上地幔物质向前移动，大陆岩石圈底部物质也随之运动。该模型产生的剪切波快波方向比较一致，主要为NNE-SSE向，快慢波延迟时间呈现由南向北递减的趋势。Rayleigh波方位各向异性参数随周期变化不大。60 s各向异性强度小于2%，可以忽略不计。91，125和160 s方位各向异性快波方向比较一致，由南部NNE-SSW向变为北部的N-S向；各向异性强度由南向北减弱。比较理论各向异性参数与实际观测表明两者差别较大，在某些地区快波方向角度差可达90°，模型拟合观测差。两板块相对运动速率为7 cm/yr的模型，大陆岩石圈下部地幔物质受到俯冲印度板块推挤向角落流方向迁移，形成闭合对流环，高原中部岩石圈局部拉张。理论剪切波快波方向在研究区东部区域与实际观测比较吻合，西南部地区较差。Rayleigh波方位各向异性参数随周期变化，上地幔可能存在多个各向异性层。60和91 s的理论各向异性快波方向与观测大体一致，但强度存在细微差异。在160 s理论与实际观测差异甚大。后续考虑建立更多模型，加入其它因素（板块俯冲角度，黏度结构），找到与观测拟合最佳模型。