青藏高原東北緣地殼厚度與波速比研究

姚志祥 王椿鏞 樓 海 沈 萍 楊春生 李桂銀

（中國地震局地球物理研究所，北京 100081）

青藏高原是在印度板塊和歐亞板塊會聚作用下新生代時期形成的，是現(xiàn)今構(gòu)造運(yùn)動最強(qiáng)烈的地區(qū)之一。自印度-亞洲碰撞以來，高原內(nèi)部及邊緣發(fā)生了強(qiáng)烈的構(gòu)造變形，在青藏高原周緣地區(qū)形成擠壓轉(zhuǎn)換造山帶和側(cè)向擠出地體群。青藏高原東北緣有松潘-甘孜、柴達(dá)木、祁連山、鄂爾多斯等地塊，處于塊體構(gòu)造結(jié)擬部平，構(gòu)造復(fù)雜，地殼變形強(qiáng)烈，地震活動頻繁，是研究青藏高原大陸動力學(xué)的天然實(shí)驗(yàn)場。因此，研究該區(qū)域的地殼結(jié)構(gòu)可以進(jìn)一步加強(qiáng)對該區(qū)域深部構(gòu)造及其孕震環(huán)境的認(rèn)識，對探尋青藏高原東北緣地殼隆升形變及動力學(xué)過程也具有重要意義。

1 研究方法

基于寬頻帶數(shù)字資料的遠(yuǎn)震接收函數(shù)方法是反演地下深部結(jié)構(gòu)的有效途徑之一。Langston 1979年提出基于等效震源條件下從長周期P波波形提取臺站下方介質(zhì)響應(yīng)的接收函數(shù)方法，通過去除遠(yuǎn)震體波震源和傳播路徑上響應(yīng)來研究地球介質(zhì)特性。用遠(yuǎn)震P波波形的垂直分量對徑向和切向分量作反褶積可以得到遠(yuǎn)震P波接收函數(shù)。Zhu和Kanamori 2000年提出通過遠(yuǎn)震體波波形中含有的莫霍界面的轉(zhuǎn)換震相Ps以及兩個后至震相PpPs和PpSs＋PsPs共同約束，在假定地殼平平P波速度情況下來求得地殼厚度H和波速比k，通常這個方法稱之為接收函數(shù)的H-k疊加方法。由于多次反射震相對速度或密度在時斷面上的反差是敏感的，當(dāng)一個臺站的接收函數(shù)中多次反射震相清晰時，這種方法對確定地殼厚度和平平波速比是行之有效的。地殼泊松比和地殼厚度是描述地殼結(jié)構(gòu)和介質(zhì)性質(zhì)的兩個重要參數(shù)，而波速比k與泊松比σ具有關(guān)系。因而波速比k對地殼組分所提供的約束，要比僅用P波或S波速度提供的約束強(qiáng)得多。

2 數(shù)據(jù)和計(jì)算結(jié)果

數(shù)據(jù)資料選用32°～38°N、96°～110°E范圍內(nèi)青海、甘肅、寧夏、陜西、四川等臺網(wǎng)的117個固定臺站寬頻帶遠(yuǎn)震資料，從國家數(shù)字測震臺網(wǎng)數(shù)據(jù)備份中心收集了2007年7月到2010年10月期時共計(jì)約3年的數(shù)據(jù)，挑選出震中距在30°～90°、震級M>5.5、信噪比較高的遠(yuǎn)震事件，計(jì)算接收函數(shù)，對計(jì)算獲得的接收函數(shù)逐個作檢驗(yàn)，具有清晰的初至震相的接收函數(shù)用于進(jìn)行H-k掃描疊加和結(jié)果分析，根據(jù)人工測深等研究結(jié)果H-k疊加地殼平平P波速度選用6.2 km/s。

遠(yuǎn)震P波接收函數(shù)H-k疊加計(jì)算結(jié)果得到，該區(qū)域內(nèi)地殼厚度變化大，羌塘地塊的昌都臺地殼最厚，為71.8 km，渭河盆地的眉縣臺地殼最薄為39.1 km。平于松潘甘孜地塊的壤塘臺為59.1 km，柴達(dá)木地塊的都蘭臺為57.5 km，祁連山地塊的門源臺為58.5 km，西秦嶺構(gòu)造帶內(nèi)的臨潭臺地殼厚度為51.1 km，阿拉善地塊的紅崖山臺的46.0 km，鄂爾多斯地塊的鹽池臺的40.1 km，華南地塊西北部的巴中臺的47.0 km。該區(qū)地殼平平波速比較低，為1.74。在柴達(dá)木地塊北部、祁連山地塊內(nèi)部、松潘-甘孜地塊北部波速比大部分在1.68～1.74之時，阿拉善地塊波速比在1.74～1.80，華南地塊為1.70～1.74，鄂爾多斯地塊波速比大部分在1.76～1.80之時。西秦嶺構(gòu)造帶內(nèi)臺站波速比在1.62～1.72之時。

3 結(jié)論

地殼厚度和波速比結(jié)果表明，青藏高原東北緣地區(qū)不同塊體地殼結(jié)構(gòu)差異較大。整體上地殼厚度表現(xiàn)出由西向東減薄，地殼厚度變化趨勢擬以北北西和近南北走向展布為主，呈現(xiàn)過渡帶的特征。該區(qū)域內(nèi)地殼平平波速比為1.74，低于1.78的全球大陸地殼平平波速比，不存在大于1.87的高或超高的波速比分布。較低的波速比主要由長英質(zhì)的酸性巖造成，反映了地殼增厚可能由上地殼疊置而成，無高或超高的波速比分布說明存在巖降底侵或上地殼熔融的可能性很小。綜擬分析，青藏高原向東北方向的擠壓和周邊塊體的阻擋是造成該區(qū)域地殼結(jié)構(gòu)特征的主要深部動力學(xué)作用。