基于接收函数波形反演方法的青藏高原东北部地壳速度结构和各向异性研究

The mechanism of the lithospheric deformation beneath northeastern Tibetan plateau is still debated, with rigid-block eastward extrusion and subduction and lower-crustal channel flow model representing popular end-members.In order to address the above controversy, it requires us to verify there exists the flow of a weak lower crust.The weak materials are generally characterized by low seismic shear wave velocity,and crustal anisotropy parameters provide a realitively direct link with the deformational style. By analysing the seismic data recorded by the recently deployed Qilianshan profile, IRIS and regional permanent stations in northeastern Tibetan pleateau, this study concentrates on two aspects as follows: 1. obtain the crustal shear wave velocity structure by the joint inversion of the P receiver function and Rayleigh wave phase velocity dispersion data, which is helpful to indicate the the geometrical features of the low-velocity zones （if they exist） among different blocks and their tectonic implications. An advantage of the joint inversion method is that the nonuniqueness of individual receiver function or surface wave inversion is highly reduced. 2. determine the crustal anisotropy parameters based on receiver function waveform inversions, which can contribute to reveal the response relationship between anisotropy parameters and crustal deformation.The expected results provide new seismic evidences for understanding the mechanism of the lithospheric deformation of Tibetan plateau.

青藏高原东北部的岩石圈变形机理仍然存在较大的争议，具有代表性的观点为刚性块体的东向挤出和俯冲、下地壳管道流模型等。解决存在的这些争议需要我们确定下地壳是否存在软弱层并且发生流动变形。地壳软弱层在地震学上一般对应着壳内低速异常区，而地震各向异性参数可以提供地壳是否存在流动变形的相对直接的证据。本项目利用位于青藏高原东北部新近布设的跨祁连山剖面,美国IRIS台站和区域固定台网记录的地震波形数据，开展以下2个方面的研究：1）利用P波接收函数和瑞利波相速度频散数据联合反演地壳S波速度结构，揭示壳内低速异常（存在的话）在不同块体之间的几何形态以及所表征的构造意义。这种联合反演方法明显优于单一观测资料的反演，降低了结果的非唯一性。2）利用P波接收函数波形随后方位角变化的特征反演地壳各向异性模型；阐明各向异性参数与地壳变形之间的响应关系。预期的研究结果为理解青藏高原岩石圈变形机理提供新的地震学的证据。

围绕青藏高原北东向扩展的岩石圈变形机理这个核心科学问题，本项目使用美国IRIS数据中心，区域固定台网和近期完成的跨祁连造山带西段ANTILOPE-IV剖面共计240个地震台站记录的远震波形数据，采用P波接收函数反演了台站下方的地壳速度结构和各向异性参数，通过S波接收函数确定了岩石圈-软流圈边界（LAB）沿典型剖面的深度分布特征。研究结果表明：1) 地壳厚度呈现出北东向减薄的变化特点，并且Moho在昆仑断裂两侧从西向东出现不同程度的错断。另外，地壳增厚的前缘并没有和高原的北部边界保持一致，而是呈现出锯齿状的变化。2）Vp/Vs整体表现为中低值，主要在1.61和1.81之间变化，表明青藏高原东北部地壳岩石组分主要是中酸性，而基性的下地壳可能非常薄或者缺失。3）青藏高原东北部在15-20km和20-40km深度存在两个非常明显的低速异常区。低速异常呈现出分块且不连续的特征，再加上中低Vp/Vs值的分布以及缺少高速的下地壳，可以推断中下地壳流模型和已有的观测结果相矛盾。我们解释青藏高原东北部的地壳增厚可能是中上地壳的缩短增厚以及下地壳的拆沉共同作用的结果。4）大多数台站的快波极化方向为WNW-ESE，表明青藏高原东北部地壳变形主要受控于印度-欧亚板块俯冲汇聚所造成的SSW-NNE向的压应力。我们观测到的快波方向不支持中-下地壳流模型，因为中-下地壳流会造成大体NE向的快波方向。5）我们观测到的LAB沿 2条剖面存在不少于20 km的错断，并且错断发生的位置在边界断裂以北约130 km。我们解释这个特征很可能是横向软流圈流动所输送的热的青藏高原的软流圈物质，触发了阿拉善块体南侧和鄂尔多斯块体西南侧的岩石圈物质的拆沉。