利用多源大地测量数据研究青藏高原东北缘壳幔物质迁移特征

Northeastern Tibetan Platea(NETP) is the frontier of Tibetan Plateau expanding to inland , and the study on inner material migration and crustal deformation in NETP is great significant for insight into growth and expansion of Tibetan Plateau. So far, the researches in NETP are mostly on deformation on the earth’s surface and the static structure of crust-mantle. In this project we will quantitatively research the characteristics of material migration in deep crust-mantle based on multiple geodetic data: GRACE, GPS, Leveling data, as well as GLDAS, glacier, lake and erosion model/preceding results. Removing the gravity signatures caused by changes of crustal uplift, ground water, glacier, lakes and the earth’s erosion from the GRACE’s observed results, Obtaining the gravity signature of Moho changes. At last, we will analyze the characteristics of Moho changes and deep crustal material migration. The results have important significance for the study on growth and expansion of Tibetan Plateau.

青藏高原东北缘是青藏高原向内陆扩张的前缘部分，研究其内部物质迁移、形变特征对深入了解青藏高原生长和向外扩张具有重要意义。目前针对青藏高原东北缘地壳形变及壳幔构造的研究主要集中于地表动态形变及壳幔静态构造，本项目拟利用多源大地测量数据结合现有研究理论定量研究青藏高原东北缘壳幔深部物质迁移机特征：利用GRACE、GPS和高精度水准数据，结合现有GLDAS、冰川、湖泊、剥蚀数据，从GRACE观测信号中分离地表隆升、陆地水、冰川、湖泊以及剥蚀和冻土变化导致的重力信号，获取深部莫霍面垂直形变导致的重力变化信号，进而研究青藏高原东北缘莫霍面变化以及地壳深部物质迁移特征，进一步分析壳幔深部物质迁移机制，为研究青藏高原东北缘生长、扩张过程提供参考。

本项目利用多源大地测量及地球物理数据/模型分离青藏高原东北缘地区不同地球物理源产生的重力信号，估算了该地区的莫霍面垂直变化时变特征，并计算了该地区三维运动特征和区域重力变化，分析了不同地区地壳运动差异及上下地壳运动差异，并讨论了该地区的隆升机制。此次研究取得的主要认识和结论如下：.(1).本文利用多源大地测量数据，陆地水和降水模型以及前人研究成果，分析了青藏高原东北缘地区的重力变化信号，从GRACE观测结果中分离了地表构造及水文因素产生的重力变化。从GRACE观测扣除地表水文和垂直隆升产生的质量变化后剩余质量变化为1.6±0.6 mm/yr，认为是由莫霍面垂直变化引起的。通过等效布格层计算，青藏高原东北缘莫霍面垂直变化速率约为2.46±0.92 mm/yr。根据现有GPS和水准观测结果，计算出青藏高原东北缘地区地壳隆升速率为1.92±0.2 mm/yr，与莫霍面抬升速率基本一致，说明青藏高原东北缘除了受到两侧块体挤压缩短的同时，还存在岩石圈拆沉，地壳受到均衡隆升作用呈现整体抬升现象。.(2).此次研究利用长期流动重力、GNSS和水准观测资料计算东北缘地区的重力变化和三维地壳形变。结果表明祁连-海原断裂两侧出现了明显的重力变化负-正信号，分别表明物质累积和减少。我们认为，由于青藏高原的北向挤压，华北克拉通块体向青藏高原下部俯冲。GPS水平速度场表明，地壳运动速率从南向北逐步降低，并以逆冲断层或走滑断层为界，松潘-甘孜块体的地壳运动速率由15.4±0.1mm/yr降至阿拉善块体的4.7±0.02mm/yr。我们从水准观测中导出了构造抬升速率，通过去除荷载和冰川均衡调整（GIA）的影响，结果表明，研究区域内最快的抬升带位于南六盘山断层和西秦岭断层，抬升速率约为4.3±0.1mm/yr。此外，我们比较了上地壳和中下地壳之间的物质运动速率，结果表明中下地壳的物质运动比上地壳快，这表明西秦岭地块下方可能存在中下地壳流动。最后，我们提出了一个地球动力学和运动学模型来定量解释青藏高原东北缘的地壳变形，这有助于进一步了解青藏高原东北缘的生长机制。