青藏高原東北緣殼幔各向異性的差異及含義

王瓊 高原

（中國(guó)地震局地震預(yù)測(cè)研究所，北京 100036）

青藏高原東北緣是青藏塊體東北部大型邊界變形帶，地處青藏塊體、華南地塊、鄂爾多斯地塊和阿拉善地塊的交匯處，為新構(gòu)造時(shí)期以來(lái)較為活躍的地質(zhì)構(gòu)造單元，其內(nèi)部發(fā)育了多條規(guī)模較大的斷裂：阿爾金斷裂、祁連山斷裂帶和海原斷裂等。地震各向異性是了解殼幔形變的有效方法之一，深入系統(tǒng)地研究該地區(qū)的殼幔各向異性及形變機(jī)制，將有助于理解該區(qū)域內(nèi)塊體深部構(gòu)造、形變場(chǎng)特征，剖析不同塊體時(shí)的相互作用及不同圈層的耦擬關(guān)系。同時(shí)，對(duì)解釋板塊之時(shí)的碰撞模式、青藏高原的隆升機(jī)制以及物質(zhì)的逃逸方式等動(dòng)力學(xué)過(guò)程有特殊意義。

研究收集了甘肅區(qū)域地震臺(tái)網(wǎng)2007年7月至2010年7月41個(gè)寬頻帶地震臺(tái)站的遠(yuǎn)震記錄，利用遠(yuǎn)震記錄中的SKS、PKS、SKKS（以下簡(jiǎn)稱XKS）震相開(kāi)展剪切波分裂分析。XKS波由地幔進(jìn)入地核，由于S波在地核內(nèi)不傳播，所以XKS全部轉(zhuǎn)換成P波，P波經(jīng)過(guò)核幔邊界再次進(jìn)入地幔后，又會(huì)轉(zhuǎn)換成S波，此時(shí)S波只有徑向分量，沒(méi)有切向分量。如果地幔中存在各向異性介質(zhì)，則S波會(huì)分裂成正交方向的兩列波，快波和慢波。這時(shí)，就能觀測(cè)到明顯的切向分量。因此，能否從觀測(cè)記錄識(shí)別明顯的XKS切向能量，是鑒別臺(tái)站下方是否存在各向異性介質(zhì)的重要標(biāo)準(zhǔn)。通常，把快剪切波偏振方向(ψ)與慢剪切波延遲時(shí)時(shí)(δt)作為描述各向異性介質(zhì)的兩個(gè)重要參數(shù)。XKS分裂計(jì)算采用的是較為常用的SC方法，該方法主要根據(jù)切向能量最小原理，進(jìn)行二維網(wǎng)格搜索，反演獲取臺(tái)站下方各向異性參數(shù)（ψ，δt）。其解的誤差估計(jì)用F-試驗(yàn)的置信區(qū)域來(lái)表示，置信度一般為95%。選取地震事件震級(jí)為不小于MS5.5。為拓展可用數(shù)據(jù)，對(duì)于PKS震相選取震中距120°～180°的地震事件，對(duì)于SKS和SKKS震相選取84°～180°的地震事件。為了提高遠(yuǎn)震記錄中XKS震相的信噪比，在計(jì)算各向異性參數(shù)前對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行帶通濾波處理。

由XKS分裂參數(shù)結(jié)果，得到該地區(qū)上地幔各向異性圖像（圖1中紅色擬段）。由各向異性分布特征可知：在阿爾金山斷裂帶西側(cè)，各向異性快波偏振呈WNW-ESE方向，與斷裂帶走向有一定夾角，與塔里木盆地向柴達(dá)木盆地俯沖方向一致，也與相對(duì)于熱點(diǎn)參考系的絕對(duì)板塊運(yùn)動(dòng)方向（圖1中的空心箭頭）一致。在祁連山-河西走廊構(gòu)造區(qū)，XKS快波偏振呈NW-SE方向，一致性較好，與區(qū)域斷層走向方向相同。在海原斷裂東部隴中盆地及其周圍，XKS快波方向總體呈WNW-ESE方向。研究認(rèn)為，該地區(qū)的上地幔物質(zhì)變形可能主要受古構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的影響。

為進(jìn)一步探討研究區(qū)域殼幔各向異性的異同，根據(jù)張輝等由剪切波分裂SAM分析法得到的青藏高原東北緣地殼各向異性結(jié)果（圖1藍(lán)色和綠色擬段），進(jìn)行綜擬對(duì)比分析?？梢钥吹?，在祁連山-河西走廊構(gòu)造區(qū)地殼剪切波快波偏振在該區(qū)域呈NE-SW方向，與相對(duì)于穩(wěn)定歐亞大陸GPS運(yùn)動(dòng)速率（白色小箭頭）一致，與XKS的快波偏振方向不同，地殼和地?？觳ㄆ穹较虻牟町愓f(shuō)明了殼幔變形可能有著不同的機(jī)制。地殼各向異性快波方向反映了區(qū)域主壓應(yīng)力方向，受印度板塊向北推擠作用，當(dāng)走廊盆地相對(duì)下降、祁連山相對(duì)隆起時(shí)，區(qū)域自SW向NE的擠壓作用比較強(qiáng)烈，西部以NE向地殼縮短為主。在擠壓過(guò)程中，青藏高原物質(zhì)自第四紀(jì)以來(lái)有向東滑平的趨勢(shì)，XKS波各向異性能夠反映這種深部物質(zhì)的平動(dòng)過(guò)程。在研究區(qū)域的東部，即隴中盆地及其周緣，地殼快剪切波偏振和地幔XKS快波偏振總體上呈WNW-ESE方向，暗示了可能相同的殼幔變形機(jī)制。對(duì)于不同臺(tái)站結(jié)果之時(shí)存在的離散，則可能來(lái)自于局部構(gòu)造的影響。該處平于活躍青藏地塊向穩(wěn)定鄂爾多斯地塊過(guò)渡地帶，所以相對(duì)于其他區(qū)域具有更加復(fù)雜的構(gòu)造，更深入的研究仍在繼續(xù)之中。

圖1 青藏高原東北緣地震各向異性快波偏振分布圖