青藏高原东北缘地壳及上地幔间断面研究

沈旭章 梅秀苹 张元生

（中国地震局兰州地震研究所，兰州 730000）

青藏高原下方存在着世界上最大规模的陆陆碰撞，在这种碰撞过程中，青藏高原岩石圈发生了强烈变形，缩短量约750～1500 km，同时垂直方向平均隆升了约4500 m。而根据高原隆升所估算的消耗的物质量占不到高原缩短所产生的物质量的一半，如何解释其余物质的去向，是青藏高原动力学研究中的一个关键问题。其中多数观点认为物质的东移是青藏高原在隆升过程中能够保持基本均衡的主要原因，但在物质移动的方式上存在不同看法。而与此相关的地壳速度结构和上地幔间断面的变形特征，是解决这一问题的重要依据。作为物质东移终点的青藏高原东缘及周边区域，其地壳上地幔间断面的研究，对构建青藏高原隆升模型和块体相互作用的深部动力学机制具有重要的科学意义。

为了减小接收函数H-k叠加方法确定的地壳参数的不唯一性，Ma和Zhou在Zhu和Kanamori方法基础上，提出了一种联合面波频散资料的H-k方法。该方法联合了多层地壳模型与基阶群速度面波频散资料，其中H-k网格搜索的目标函数将同时包含面波频散数据的拟合及接收函数的叠加。在该方法中，为了得出比较稳定的H和k估计，必须选择具有合适的vP的参考模型，使得接收函数和面波频散确定的极值点都比较接近，因此，该方法也可以用于估计台站下方P波的平均速度。数值实验的结果也表明该方法在减小地壳参数的不唯一性方面具有一定的作用。本研究利用该方法对位于青藏高原东北缘的甘肃地震台网记录到的远震接收函数进行了处理，确定了台站下方地壳厚度、波速比和地壳平均纵波速度。结果中最明显的特征是研究区内地壳厚度、波速比和vP变化剧烈，地壳自西向东明显减薄。

根据得到的地壳速度参数、面波层析成像的结果和IASP91模型，利用CCP-PWS方法对上地幔间断面成像。结果中最明显的特征是‘410’在不同剖面上起伏较大，而且大部分结果显示为下沉，‘660’较为平坦。为了进一步确定‘410’和‘660’的起伏，根据P410 s和P660 s在410 km和660 km深度上透射点的位置分布，在1°×1°的网格内将深度域的接收函数进行归并叠加，根据每个网格内的叠加结果，确定不同网格内‘410’和‘660’的深度。并根据这两个结果确定该区域上地幔过渡带的厚度，结果如图1所示。结果显示研究区东部‘410’存在明显的下沉。张忠杰等在青藏东部也观测到了类似的结果。认为该现象由软流圈中热物质向下渗透引起。层析成像（郭飚等，2006）在该区域的结果也表明‘410’之上存在低速的物质，也意味着该区域‘410’之上可能存在高温的物质，和我们接收函数的结果较一致。

图1 青藏高原东北缘‘410’深度（a），‘660’深度（b）和上地幔过渡带厚度（c）

利用最新收集的资料，计算了台站密集区域的S波接收函数。在S波接收函数计算中对于每个波形记录，首先将东西向和南北向的波形旋转到径向和切向分量，之后按照不同入射角（0°～60°）将三分量波形再次旋转到P波、SV波和SH波的振动方向，每次旋转后计算一次S波接收函数，选择P波能量最小的结果作为最终接收函数。S波接收函数成像结果中，清晰地显示了一级块体边界附近Moho界面和岩石圈的明显变形，且青藏高原内部和外部LAB的深度出现较大差别。其中高原内部LAB较浅，约为90 km，而高原东缘LAB在100～120 km变化。

以上研究结果表明，在印度板块的推挤作用下，该区域地壳速度结构东西方向上存在较大差异，出现了区域内Moho面和地壳平均波速比的剧烈变化。此外，岩石圈也发生了明显变形，在这一过程中有热物质被挤出，部分热物质上涌，形成了该区域活跃的地热、温泉和岩浆岩分布，另一部分向下渗透，导致了‘410’的下沉。