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地質地球所研究揭示青藏高原中部印度岩石圈板片撕裂和地殼流對共轭走滑斷層的形成起到關鍵作用

  

    新生代以来印度与欧亚大陆的持续碰撞挤压形成了规模宏大的青藏高原,多项研究认为印度岩石圈板片向北已俯冲至青藏高原中部,然而其俯冲的角度簣D负涡翁还存在较大争议。在印度板片俯冲的前缘的上方,青藏高原中部发育一系列大型共轭走滑断层,该断层系统对印度与欧亚的南北向挤压以及高原的东西向拉张起到关键的协调作用,但由于缺乏该地区深部变形约束,人们对其形成机制存在多种不同认识。地震波速各向异性可以提供地球内部形变场的直接证据,但传统的各向异性研究缺乏深度约束。 

  中國科學院地质与地球物理所岩石圈演化國家重點實驗室武澄泷博士後與田小波研究員、徐濤研究員等針對該問題,基于布設在青藏高原中部橫跨班公怒江縫合帶的SANDWICH流動寬頻帶地震台陣數據(圖1),開展XKSPms及近震S波的剪切波分裂分析研究,獲取殼幔不同深度範圍的地震波速度各向異性,來約束印度岩石圈俯沖形態、共轭走滑斷層的形成及深淺動力學過程的關聯。 

  數據顯示,該區域各向異性整體較強,平均分裂時差達到了1.3 s,有多達17個台站存在大于2.0 s的分裂結果(全球平均值爲1.0 s);然而在納木錯附近呈現顯著弱各向異性;快波方向以ENE-WSW向爲主,大致平行于印度板塊APM(絕對板塊運動)方向(圖2)。通過擬合接收函數Pms到時隨後方位角的變化得到該區域地殼分裂參數以近東西向爲主,平均分裂時差爲0.53 s(圖2)。近震S波得到的上地殼各向異性大小平均爲0.15 s,快波方向分布複雜,與XKS平均偏差爲43°(圖3)。 

  1  青藏高原中部SANDWICH流動地震台陣分布  

  2  台站平均XKS分裂參數及Pms分裂參數  

  3  區域平均近震S波分裂快波方向玫瑰圖(绿色虚线为最大水平主应力方向) 

  研究結果表明: 

  1XKS得到的各向異性層深度位于150 km附近,結合研究區域岩石圈厚度薄、Pn波速祱DSn波不發育等結果,推斷高原中部各向異性主要來自于軟流圈頂部,起因于印度岩石圈板片的俯沖造成的地幔楔中ENE-WSW向角流(corner flow);纳木错附近的显著弱各向异性,与体波层析成像结果在上地幔的低速区相吻合,是由于印度板片俯冲在此处发生撕裂引起软流圈上涌造成的(圖4)。 

  2)區域應力、共轭走滑斷層、古逆沖斷層共同導致了上地殼各向異性,其大小接近整個地殼的1/3。地殼各向異性主要來自于中下地殼,結合其無地震活動性分布、低速高導等信息判斷存在近東西向的中下地殼流導致各向異性礦物晶格定向排列。 

  3)印度岩石圈板片北向俯冲产生了撕裂,导致软流圈上涌,加热了该区域薄岩石圈,地壳温度升高、强度变弱,促进了地壳流的形成。近东向流动的中下地壳流在上地壳底部的剪切作用和印度岩石圈俯冲产生的南北向挤压共同导致了共轭走滑断层的形成(圖5)。 

  青藏高原下方印度岩石圈板片俯冲模式圖 

  青藏高原中部上地殼各向異性成因及共轭走滑斷層形成機制    

  研究成果發表于EPSLBSSA 

  1. Wu C L, Tian X B*, Xu T*, Liang X F, Chen Y, Taylor M, Badal J, Bai Z M, Duan Y H, Yu G P, Teng J W. Deformation of crust and upper mantle in central Tibet caused by the northward subduction and slab tearing of the Indian lithosphere: New evidence based on shear wave splitting measurements[J]. Earth and Planetary Science Letters, 2019, 514: 75-83. DOI: 10.1016/j.epsl.2019.02.037.原文鏈接
  2. Wu C L, Tian X B*, Xu T*, Liang X F, Chen Y, Zhu G H, Badal J, Bai Z M, Yu G P, Teng J W. Upper-crustal anisotropy of the conjugate strike-slip fault zone in central Tibet analyzed using local earthquakes and shear wave splitting[J]. Bulletin of the Seismological Society of America, 2019109 (5): 1968-1984. DOI: 10.1785/0120180333.原文鏈接