鄂尔多斯块体及周边地区地壳与上地幔三维速度结构研究

Ordos block has an important influence on the uplift, deformation and tectonic activity of the northeastern margin of the Tibetan Plateau. The Ordos block is peripherally surrounded by a series of extensional basins and seismic zones. The Cenozoic volcanic activity can also be found in its northeastern area. The cause and the relations between the deep and shallow tectonics has been highly concerned by the geoscientists. This project will make full use of the waveform data of more than 1,200 broadband seismic stations in the study area to obtain phase velocity and group velocity images including azimuthal anisotropy in the interior and surrounding areas of Ordos block by using ambient noise tomography and Helmholtz surface wave tomography methods, and study the crustal anisotropy by using receiver functions. The joint inversion of receiver functions and surface wave data, and travel time tomography methods will be used to determine the three dimensional velocity structure of the crust and upper mantle beneath the region with higher resolution than previous results. By using various research results, we expect to gain an overall understanding of the deep structure beneath the region, reveal the deep boundaries and structure difference between important tectonic units, explore the scientific problems such as the interaction between the Tibetan Plateau and the Ordos block, the crust-mantle deformation and the deep mechanism of the extensional basins, and provide new and important information for the deep dynamics research.

鄂尔多斯块体对青藏高原东北缘的隆升、变形和构造活动具有重要影响，块体周缘存在一系列拉张盆地、强震活动带及新生代火山活动，其深浅部构造关系和成因机制一直受到地学界的高度关注。本项目将充分利用研究区1200多个宽频带地震台站的波形资料，采用基于亥姆霍兹方程的地震面波层析成像、噪声层析成像获得块体内部及周边地区的相速度和群速度分布及各向异性图像；利用接收函数研究地壳各向异性特征，使用接收函数与面波联合反演，以及体波走时层析成像方法研究获得该地区比以往结果具有更高分辨率的地壳及上地幔三维速度结构。综合利用多种研究结果，获得鄂尔多斯块体内部及周边地区深部介质结构的整体认识，揭示重要构造单元之间的深部边界和结构差异，探讨青藏高原与鄂尔多斯块体相互作用、壳幔变形、拉张盆地深部作用机制等科学问题，为该地区深部动力学过程研究等提供新的重要信息。

鄂尔多斯块体位于华北克拉通的西部，其西南部与青藏高原东北缘相邻。新生代以来, 鄂尔多斯块体发生了快速隆升并在周边形成了一系列拉张断陷盆地, 但其形成机制仍然存在争议. 高分辨率壳幔三维速度结构是研究岩石圈变形和深部动力学过程的重要依据. 本项目利用鄂尔多斯及周边地区新的密集地震台站观测资料，采用多种地震学方法研究获得了这一地区高分辨率的壳幔三维速度结构和各向异性分布图像。接收函数与面波联合反演获得的壳幔三维S波速度结构揭示，鄂尔多斯块体岩石圈整体上表现出明显的高速异常. 在块体东部、北部以及西南部的青藏高原地区，上地幔存在明显的低速异常，并延伸至块体内部. 鄂尔多斯块体岩石圈呈中部厚、外围薄的特征, 地壳厚度则表现为中部薄、西南部和东北部厚，且北缘张拉盆地的地壳厚度大于块体中部地区. 地震体波走时层析成像也揭示，鄂尔多斯块体和四川盆地具有较厚的高速岩石圈.在120-440 km深度，鄂尔多斯东北部表现为低速异常，华北克拉通中部块体南部为弱低速异常。SKS分裂分析和面波层析成像获得的各向异性揭示，青藏高原东北缘、阿拉善和鄂尔多斯西缘地区各向异性较强，鄂尔多斯块体和四川盆地内部各向异性较弱，鄂尔多斯东北部存在各向异性较强的区域。面波方位各向异性与SKS分裂获得的各向异性既有一致性也存在差异性,需要进一步研究。综合多种成像结果，我们认为青藏高原东部地幔热物质向外扩张以及华北克拉通东部地区上地幔热物质上涌, 导致了鄂尔多斯块体岩石圈发生了非均匀减薄、升温和密度降低, 其产生的附加浮力和热动力作用, 促使鄂尔多斯块体新生代以来发生持续隆升, 同时受青藏高原隆升扩张产生的挤压作用等影响, 鄂尔多斯西南部及北部地区发生了地壳增厚和快速隆升，鄂尔多斯西部地区岩石圈已发生变形。这些新的研究结果为深入认识鄂尔多斯及周边地区的构造变形和深部动力学过程提供了重要依据。