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青藏高原的隆升机制和动力学研究是国际地学界的研究热点,探测青藏高原的地壳上地幔结构,揭示其内部构造和形变特征,是理解青藏高原形变机制与深层过程的必然途径。
本文基于大量的区域面波地震资料,在对经典射线理论的适用性和震源误差、测量误差等进行系统的定量分析基础上,利用分格频散反演方法获得了青藏高原及周边地区(22°~44°N,70°~106°E)瑞利波和勒夫波的群速度频散(10~105s),进而反演获得了研究区地壳上地幔三维横波速度结构,求取了偏振各向异性结构,并给出了系统的解的评价。
研究结果表明,青藏高原的地壳速度较低,厚度较大(65~74km),而且存在较厚的壳幔过渡带(最厚达30km);岩石圈根的速度较高(4.6-4.7km/s,拉萨块体北部和羌塘块体下方甚至达到4.8km/s),岩石圈厚度为~140-180km;软流圈深度介于~140-220km之间,速度梯度为负,其速度低至4.2km/s。
群速度和横波速度结构图像,均清晰地显示出高原的中下地壳存在大尺度异常低速区,该低速区和壳幔过渡带的存在,为“下地壳流”模型提供了地震学支持。速度结构剖面显示,青藏高原的莫霍面形态与地表地形之间存在明显的相关性,而且在拉萨块体北部和羌塘块体下方,存在地盾式的高速上地幔。前者不仅意味着均衡补偿在高原的隆升过程中曾起到较大的作用,而且也为“下地壳流”模型提供了支持。后者可能是印度板块向北俯冲的迹象,其前沿已经越过班公湖-怒江缝合带并继续向北,甚至达到金沙江缝合带附近。
偏振各向异性分布特征表明,高原下方的应力状态以水平挤压为主,但在拉萨和羌塘块体下方伴随着板块俯冲而产生的让位沉降。在高原的西部和中部,强度主要集中在拉萨和羌塘块体,而东部则集中在松潘一甘孜块体。羌塘块体下方存在局部“上升流”,除引起浅部的东西向拉张之外,还会导致南北向挤压应力的释放。