地壳通道流和跨断层应变分区共同协调的青藏高原东扩 （刘启元研究员 .doc

地壳通道流和跨断层应变分区共同协调的青藏高原东扩 （刘启元研究员科研团队，地震动力学国家重点实验室） 多年来，青藏高原变形方式及其动力学一直是国际地球科学科学研究的前沿和重点。相关的争论尚未完结。近年来，作为青藏高原东扩的关键通道，川西高原成为青藏高原动力学研究关注的焦点。2014年3月，国际著名学术刊物Nature Geoscience第3期发表了以我所刘启元研究员为第一作者的研究论文?地壳通道流和跨断层应变分区共同协调的青藏高原东扩?。该文首次利用在川西高原密集布设的宽频带流动地震台阵揭示了台阵下方100公里深度范围内的高分辨率地壳上地幔三维S波速度结构，对青藏高原东扩的变形方式和动力学，地壳结构对2008年汶川大地震及研究区内地震活动的控制作用等问题提出了新的重要认识，有力地证明了密集宽频带流动地震台阵对大陆动力学研究具有不可替代的作用。该文发表后立即引起了国内外学术界的广泛关注。 全文如下: 大约50个百万年前，印度板块与欧亚大陆开始发生碰撞，并由此造就了青藏高原。但是，有关青藏高原变形方式的争论并未完结，并引发了在相关地区众多的地质、地球物理研究。在青藏高原东南部，由于不同构造单元的相互作用，该地区成为中国地震活动最活跃的地区之一（图1），并成为青藏高原动力学研究关注的焦点。地壳通道流模型成功地解释了四川盆地以西地壳的缓慢横向变形以及新第三纪缺乏实质性缩短与横跨龙门山高海拔和陡峭地形之间的矛盾。这一动力学模型得到了高电导率，低剪切波速以及地震各向异性随深度变化等研究结果的支持。但是，地壳通道流模型的有效性遭到了众多质疑（特别是2008年汶川地震之后）。对于青藏高原隆升和扩展的机制依然莫名其妙。在相当程度上，形成这种状况的原因在于二维剖面观测外推造成的不确定性，单独数据集解释的非唯一性，以及由于空间分辨率不足造成的地震学成像给出的深部构造难以客观、有效地与地表地质观测联系起来。事实上，理解青藏高原东部动力学需要对三维地壳结构的地震学约束，在较大的空间和深度范围上具有比迄今为止更高空间分辨率。利用前所未有的，在青藏高原东南部密集布设的，由大约300地震台站组成的地震台阵观测数据，我们现在已可以得到这种认识（图1）。 图1a展示了研究区的主要地质、地形和地震构造特征，并展示了不同构造单元（松潘，康定，滇中，四川盆地）的相互作用及其内部变形，它们被具有地壳尺度的边界断层（鲜水河，龙门山，丽江，安宁河-则木河-小江断裂）所分割。图1a表明，研究区内的大多数强震均发生在这些边界断层上；以鲜水河断裂和安宁河-则木河-小江断裂为界，地壳向东运动的速率具有明显的分区性。在研究区南部（康定和滇中地块，它们构成了所谓的川滇块体），地壳的快速水平运动约17毫米/年，并显示了围绕东喜马拉雅构造结的顺时针转动。在研究区北部（松潘地块），地表位移缓慢并呈现向东逐步递减的特征。在龙门山断裂带附近，地壳缩短速率已经小于3毫米/年。 图1b给出了在川西地区密集布设的（台站间距10～30公里）近300个流动宽频带地震台站的位置。根据2007～2009年川西台阵记录的波形数据，我们利用P-接收函数与环境噪声面波相速度频散的非线性联合反演方法，研究了地壳和上地幔剪切波速的三维变化。我们得到的三维模型与人工地震折射/宽角反射得到的二维地壳模型一致（补充材料，图12）。与之不同的是，我们的结果提供了大面积高分辨率的探测结果，避免了二维剖面插值的不确定性。 通过一系列不同深度上的横向剖分，图2展示了研究区三维地壳的非均匀变化。在地壳浅部（图2a），川西台阵数据揭示了四川盆地的低速沉积盖层，康定地块的高速异常，以及松潘，滇中和扬子地块相对均匀的介质参数变化。图2b表明，沿鲜水河断裂带及理塘断裂西部的香格里拉地区，上地壳为低速，而图2b中的高速区与峨眉山大火成岩省相对应。图2c显示，中地壳最引人注目的特征是康定地块的低速异常，它穿过丽江断裂并进入了滇中地块。与之成为鲜明对照的是，松潘地块为中等低速区，四川盆地表现为相对的高速 垂直剖面进一步说明了从扬子克拉通（包括四川盆地）相对简单的岩石圈向构造复杂的青藏高原的过渡方式。剖面的选择（图3）主要基于通道流模型的预测：剖面A-A跨越龙门山断裂，从青藏高原到四川盆地，沿该剖面的海拔高度急剧下降；B-B剖面则沿着较为平缓的地形，从青藏高原进入云南。我们注意到，下面将要讨论的构造特征在其它的垂直剖面也十分清晰。 在讨论跨主要边界断层的结构变化之前，我们有以下的一般性观察。首先，图3给出了龙门山断裂和丽江断裂以东地壳底部的径向波速变化，不难看出，莫霍面非常清晰（白线）。接收函数剖面进一步给出了相应的证据（补充材料，图4，图5）。第二，这些断层的西面，具有地壳波速的介质一直延伸到了更大的深度，同时接收函数剖面缺乏鲜明的莫霍界面转