特提斯造山带地壳-上地幔顶部地震波Q值模型及其地球动力学意义

The central part of the Tethys orogenic belt is composed of the Turkish, Iranian and Tibetan plateaus, where the continental-to-continental collisions dominated the large-scale orogenesis. At the same time, these processes were also accompanied by numerals geothermal activities in the crust and upper mantle. Jointly, they changed the constitutive equations of materials forming the lithosphere, and affected the rheological properties of different geological blocks. These further controlled the movement of materials in the crust and upper mantle. Investigating the evolution history of the Tethys orogenesis is not only scientifically significant, but also benefits the regional geopolitics, economics, and national defense in this area. The orogenesis can affect the seismic wave propagations through different aspects, among them, the seismic wave attenuation is the most sensitive to areas with strong heterogeneities and geothermal related processes. Therefore, studying the attenuation information carried by the regional phases Lg, Pn and Sn waves can provide us with important constrains to the orogenesis. Based on these, we propose using seismic attenuation of regional phases passing through the crust and upper mantle to investigate the Tethys orogenic belt. First, the broadband, high-definition, multi-phase and unified regional attenuation models for Lg, Pn and Sn waves will be created. The geostatistical methods will be used to search for the correlations between the seismic attenuation and geological units at different evolution stages in the Tethys orogenic belt. In this way, the seismic attenuation information, together with other seismology and geophysics information, can be used to investigate the geodynamics in the Tethys orogenic belt.

土耳其-伊朗-青藏高原地区是特提斯造山带的核心区域。陆陆碰撞的动力学过程产生大规模的造山构造运动，同时也伴随着强烈的热运动。这些过程改变壳幔岩石材料的本构关系，影响地质块体的流变学特性，进而支配着地壳和上地幔中不同的物质运移模式。深入研究特提斯造山带的构造演化不仅对揭示自然发展的奥秘具有重要的科学意义，而且对区域内的地缘政治、经济、国防等具有巨大的现实意义。上述过程也同时影响到区域内地震波传播特征的变化，其中特别以地震波衰减对构造活动和热运动最为敏感。据此，提出利用穿过特提斯构造带之下地壳和上地幔的区域地震资料联合反演多种震相在该区域的Q值，建立对于Lg、Pn和Sn波等多波、宽频带、高分辨率的统一衰减模型。进而利用地质统计方法和区域地震波数值模拟方法建立壳幔Q值与具有不同特征的地质单元的相关关系，以期利用所获得的地震波衰减信息并结合其它地球物理数据来研究特提斯构造演化的地球动力学过程。

特提斯构造域西起欧洲大陆西缘，沿地中海展布，经阿尔卑斯、安纳托利亚、伊朗和青藏高原、中南半岛和东南亚，到澳大利亚和新西兰，绵延约15000 km，其间发育着极为丰富的地质现象，也聚集着全球最为丰富的矿产和油气资源。古特提斯洋和新特提斯洋的演化和最终消亡导致了特提斯域的复杂构造特征。大洋俯冲、陆陆碰撞、构造逃逸、俯冲板片撕裂，回退等动力学机制通常用于讨论特斯提造山带的构造演化过程。地球介质粘弹性属性与温度和强度密切相关，是岩石圈演化过程的基本性质之一。粘弹性引起地震波能量耗散的多少，通常用介质品质因子Q值来描述。不同的区域震相，如Pg，Lg，Pn和Sn波的品质因子Q值，能够表征岩石圈地壳和上地幔顶部的地震波衰减。本项研究建立了特提斯构造域的多震相衰减模型，探讨了地震波衰减与地表构造以及深部地球动力学过程之间的联系，为特提斯构造域的构造演化过程提供新的约束。第一，收集、整理特提斯构造域区域地震波形资料，建立岩石圈衰减成像数据库；第二，发展和改进Pg波、Lg波、Pn波、Sn波Q值单台、双台和双事件联合层析成像方法；第三，建立了整个特提斯构造域，从直布罗陀海峡到阿尔卑斯、安纳托利亚高原、伊朗高原、青藏高原、中南半岛、加里曼丹、苏拉维西、新几内亚和澳大利亚的地壳Lg波Q值模型；第四，建立了安纳托利亚高原到伊朗高原、青藏高原和中南半岛的上地幔顶部Pn波衰减模型；建立了青藏高原地壳Pg波衰减模型；第五，建立了青藏高原地区上地幔Sn波Q值模型；第六，建立了特提斯造山带地壳物质流动可能的动力学机制模型，主要包括（1）重力驱动下地壳Poiseuille流动、（2）上地壳横向运动驱动Courtte流动、（3）上地幔刚性运动驱动下地壳Couette流动、（4）重力作用和高原扩展驱动Poiseuille和Coutette流动、（5）幔源物质上涌驱动Poiseuille流动和（6）板块横向挤压驱动下地壳物质Poiseuille流动等机制；第七，岩石圈流变性与深部岩浆运移机制。