贺兰-六盘南北构造带地壳-上地幔顶部三维速度结构研究

The Helan-Liupan North-South tectonic belt is the northern segment of the Helan-Chuandian North-South tectonic belt. The complex tectonic evolution history and active seismicity are closely related to the deep structure in this region. On the basis of the previous studies, this study will use the seismic tomography method to reveal the deep structure of the Helan-Liupan North-South tectonic belt, and focus on the following three topics: ⑴ to invert the three-dimensional (3-D) P- and S-wave velocity and Poisson’s ratio structure of the crust and uppermost mantle beneath the study region, and analysis the lateral and vertical variations in the structure; ⑵ to invert the 3-D P-wave anisotropic structure of the crust and uppermost mantle beneath the study area, and analysis the 3-D variations in the P-wave anisotropy; ⑶ to calculate the Poisson’s ratio, crack density and saturation rate in the source areas of the large crustal earthquakes in the Helan-Liupan North-South tectonic belt, and clarify the relationship between the distribution of the large crustal earthquakes and the anomalies structures of the source regions. The present study is very important for a comprehensive view of the deep structure under the Helan-Liupan North-South tectonic belt, which plays important roles in understanding the formation and evolution and deep dynamics process of this tectonic belt.

贺兰-六盘南北构造带隶属于贺兰-川滇南北构造带的北段，其复杂的构造变形与演化历史以及活跃的地震活动，与该区的深部结构特征密不可分。为了充分揭示该构造带的深部结构，本课题在前期研究的基础上，利用地震层析成像方法从以下三个方面对该构造带进行详细研究：①反演贺兰-六盘南北构造带地壳-上地幔顶部三维P、S波速度及泊松比结构，分析该区地壳-上地幔顶部整体结构的纵/横向变化及其成因；②反演贺兰-六盘南北构造带地壳-上地幔顶部三维P波各向异性结构，分析不同区块、不同深度内P波各向异性的成因；③计算贺兰-六盘南北构造带壳内大地震震源区的泊松比、裂隙密度和饱和率特征，探讨壳内大地震的分布与震源区异常结构的关系。本课题对全面了解贺兰-六盘南北构造带的深部结构具有重要意义，能够更好地为研究和探讨该构造带的形成演化与深部动力学过程提供依据。

贺兰-六盘南北构造带位于青藏高原东北缘外延部分，其详细的地壳-上地幔顶部三维速度与各向异性结构，对于探讨青藏高原东北缘扩展变形机制和范围以及该区活跃的地震活动具有非常重要的意义。本课题利用国家地震科学数据共享中心和大陆动力学国家重点实验室流动台站地震数据，采用地震层析成像和S波分裂方法，开展贺兰-六盘南北构造带及其邻区地壳-上地幔顶部三维速度与各向异性结构研究，并取得以下主要结果。1）层析成像结果显示，研究区地壳-上地幔顶部速度结构存在明显的纵/横向不均一性，其中最显著的特征是下地壳广泛分布明显的低速异常，其代表了流体和少量部分熔融体加入下地壳所导致的弱化层，该流体和熔融体的加入与印度-欧亚板块俯冲碰撞造成青藏高原形成和扩展有关。该区绝大部分历史大地震沿主要断裂发生，且分布于高、低速异常过渡带，其下方下地壳存在明显的与流体相关的低速异常区。因此，大地震的出现是断裂带、应力以及流体的综合作用的结果；2）P波各向异性结构表明，研究区上地壳P波各向异性方向与区内构造走向基本一致；祁连造山带东部显示为低速异常的下地壳，P波各向异性方向为W-E向或NW-SE向，是下地壳塑性流动导致矿物定向排列造成的；3）S波分裂揭示的各向异性特征揭示，青藏高原东北缘，鄂尔多斯西缘以及贺兰构造带北段的快波方向主要表现为NW-SE向，显示这些地区具有一致的岩石圈地幔变形特征。而时间延迟结果则表明，贺兰构造带北段得到的平均时间延迟小于青藏高原东北缘地区；4）综合分析认为，青藏高原东北缘新生代扩展变形是大陆岩石圈俯冲、下地壳塑性流动以及上地幔物质上涌多种机制于不同时段、不同区段共同作用的结果。高原东北缘扩展影响范围可能已越过了高原东北边界，甚至到达贺兰构造带北段，同时北东向扩展作用的影响随着距离的增加而逐渐减弱。