面波和体波联合层析成像研究帕米尔高原岩石圈结构

The Pamir, located at the western Himalayan syntaxis, is an ideal region to recognize and understand the process of Indian-Eurasian continental collision. For the limitations in resolutions of traditional surface or body wave tomography, the poorly resolved lithospheric structures of key regions have hindered the understanding of lithospheric deformation mechanism and structural response beneath the Pamir. Surface wave and body wave can well resolve vertical inhomogeneity in shallow structures and lateral inhomogeneity in deep structures, respectively. In this study, based on the temporary seismic networks and permanent seismic stations, we will improve and use the joint inversion of surface wave and body wave to integrate resolution advantages of surface wave and body wave, and reconstruct refined 3-D S-wave velocity structure of the Pamir’s lithosphere. And benefited from these results, we will depict structural features of key regions and relations between deep and shallow structures, which are important in understanding major scientific issues such as processes of continental collision and evolutions of continental lithosphere.

帕米尔高原位于青藏高原西构造结，是认识和理解印度—欧亚陆陆碰撞、大陆深俯冲过程的理想地区。由于传统面波/体波成像方法在分辨能力上的局限性，导致关键区域岩石圈结构特征缺乏约束，阻碍了对俯冲体制转换、深浅构造响应等科学问题的认识。本项研究拟基于帕米尔高原及邻区现有流动地震台阵及固定地震台网资料，通过改进、利用面波和体波联合层析成像，重建帕米尔高原岩石圈精细的三维S波速度结构，厘定关键区域结构特征，构建可靠深浅构造关系，为陆陆碰撞过程、大陆岩石圈演化等重大科学问题提供关键线索。

帕米尔高原位于青藏高原西构造结，在印度—欧亚大陆持续汇聚过程中，经历了比青藏高原主体更为强烈的挤压缩短，是认识和理解印度—欧亚陆陆碰撞、大陆深俯冲的理想地区。基于帕米尔高原及邻区现有流动地震台阵及固定地震台网资料，发展利用多尺度多地震数据集的联合反演方法，系统开展壳幔结构特征及动力学研究具有重要的理论和实际意义。依托本项目支持，围绕原计划科学目标，优化改进了面波和体波联合反演、面波和接收函数联合反演等地震成像方法；提出了利用地震波速度估算地壳SiO2含量的新方法；开展了帕米尔高原及邻区的三维壳幔S波速度成像、关键二维剖面地震成像研究，以及青藏高原东南缘壳幔属性和各向异性特征研究等，为印度—欧亚大陆碰撞的深部过程和陆内变形机制研究提供了重要约束。主要包括以下重要进展：.（1）通过收集整理帕米尔高原及邻区的宽频带观测资料，利用面波直接反演、面波和体波联合反演，获得了研究区三维S波速度结构，刻画了兴都库什、帕米尔高原和青藏高原西部下方印度岩石圈前缘位置和性质的横向变化，指出了大陆俯冲体制转换与岩石圈结构、强度的横向差异的相关性。.（2）利用面波和接收函数联合反演，重建了关键二维剖面的壳幔精细结构特征。根据帕米尔高原中源地震分布、Moho面形态和低速异常之间的空间关系，提出了大陆地壳深俯冲导致中源地震发生的动力学模型。同时，依据天山下方不同构造单元壳幔变形方式，提出了岩石圈性质差异决定的分布式缩短增厚模型在陆内造山过程中的控制作用。.（3）发展了利用地震波速度估算地壳SiO2含量的新方法，揭示了青藏高原东南缘与古地幔柱作用有关的地壳结构和组分变化。同时，利用远震剪切波分裂研究，进一步识别了深部地幔变形特征，指出现今青藏高原软流圈物质以“地幔流”的形式向南挤出。