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青藏高原的隆升与印度和欧亚板块之间的碰撞密切相关,其中藏东南缘是物质运移的前缘地带(图1)。新生代以来,该区经历了多期构造演化过程,壳幔变形剧烈,是研究青藏高原地壳形变模式和构造演化规律的典型区域。前人研究指出,大规模地壳流是藏东南缘壳内主要的动力学机制,但近年研究表明,青藏高原中下地壳低速带呈现多条分割开的带状低速分布特征,这与大尺度地壳流模型不符。藏东南缘是否存在大规模地壳流,亦或该区壳内变形的主要机制是什么,是一个重要的科学问题。


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图1 青藏高原东南缘构造和地震分布图。红色圆圈代表5级以上的地震,蓝色箭头表示前人研究的大规模地壳流动方向。左下角的插图显示了中国大陆,红色方框表示研究区域。SCB:四川盆地;HNB:华南块体;ANH-ZMHF: 安宁河—则木河断裂;CHF: 程海断裂;JSJF: 金沙江断裂;LCJF: 澜沧江断裂;LXF: 丽江-小金河断裂;PDHF: 普渡河断裂;RRF: 红河断裂;XJF: 小江断裂;XSF: 鲜水河断裂;ZDF: 中甸断裂


针对这一问题,中国科学院地质与地球物理研究所岩石圈演化国家重点实验室构造地球物理学科组博士生黄培析在导师吴晶副研究员的指导下,联合中国地震局地震预测研究所高原研究员,采用基于接收函数的Pms震相走时反演方法,对青藏高原东南缘30个固定台~10年(2011.01~2020.12)的波形数据,选取震中距30°-90°、震级大于5.5级的2176个事件进行了分析(图2),最终获取了30个台站的地壳各向异性参数(快波偏振方向φ和慢波延迟时间∂t)。


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图2 台站和事件分布图。(a) 蓝色三角形表示固定台站,黑色线段表示断裂带,缩写如图1;(b) 星号表示研究区域,圆圈的大小与事件的大小成正比,颜色表示事件的震源深度


研究表明:在研究区域的北东与西南子区(B与C区,图3),基于Pms到时获取的地壳各向异性方向,与该区大型断裂带(安宁河—则木河断裂、澜沧江断裂、普渡河断裂)的走向一致,亦与前人提出的地壳流方向吻合;然而,在研究区域的西北与东南子区域(A与D区,图3),地壳各向异性方向与断层走向或地壳流方向均不一致。因此,文章指出,该区大型断裂带与局部地壳流对壳内变形有显著作用,但大规模地壳流机制的可能性不大。此外,研究区东南部(D区)存在两个优势各向异性方向,推测与两支来自不同方向的地幔流在此汇聚有关,造成了该区中下地壳变形的扰动特征。


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图3 地震各向异性方向空间分布图。(a) 研究区地壳中快波方向和慢波延迟时间的空间子区域分布。灰色箭头表示前人研究的大规模地壳流动方向。白色双箭头表示主压应力。四个白色虚线方框分别表示A-D四个子区域,分别对应蓝色、紫色、橙色、粉红色三角形表示的台站。等面积玫瑰图表示区域内的快波方向分布,红线表示每个区域中的快波偏振优势方向,玫瑰图的颜色对应于子区域中台站的颜色。(b) S、Pms XKS 各向异性结果的汇总图。深灰色线表示该地区的主要断裂带,绿线表示直达S波的结果,红线表示Pms的结果,蓝线表示XKS的结果。粉红色箭头描绘了地幔流动的方向,而带有箭头的黄色线段表示本研究中推断的局部地壳流动。蓝色虚线表示对区域进行分组的边界



研究成果发表于国际学术期刊Terra Nova (Huang P, Gao Y, Wu J*. Crustal anisotropy beneath southeast Tibet revealed by Pms arrival times[J]. Terra Nova, 2024. DOI: 10.1111/ter.12714.)。研究受到国家自然科学基金项目(42330311,42274131,41774111)、中国地震局地震预测重点实验室专项基金(2021IEF0103)、中国科学院地质与地球物理研究所岩石圈演化国家重点实验室自主研究课题(SKL-Z202204、SKL-Z202305)联合资助。

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美编:傅士旭(华东师大)

校对:万鹏


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中科院地质地球所

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