Geophysical Research Letters:青藏高原东北缘是否存在地壳通道流?
——来自密集台阵的地震环境噪声成像的研究

       新生代以来,印度板块与欧亚板块的碰撞形成了世界海拔最高的青藏高原。青藏高原作为最典型的大陆板块碰撞变形区,其隆升机制一直是地球科学研究的国际热点问题。地球科学界对青藏高原生长的认识存在较大分歧。人们提出了许多不同的模型,例如刚性块体挤出模型(Tapponnier et al., 1982, 2001)、上地壳挤压增厚模型(Hubbard & Shaw, 2009)和地壳通道流模型(Clark & Royden, 2000; Royden et al., 1997)。青藏高原东北缘是两大板块碰撞作用由近南北方向向北东、东方向转换的重要场所,是青藏高原扩展的前缘,具有特殊的构造和动力学背景。研究青藏高原如何在东北缘向外扩张,有助于我们更进一步认识高原的生长。

       地壳通道流模型解释了青藏高原东缘缓慢的横向变形以及龙门山断裂带的高海拔和陡峭地形等问题(Royden et al., 1997)。Clark and Royden (2000)通过数值模拟预测地壳物质围绕刚性的四川盆地向东北方向流动。然而,地壳通道流在青藏高原东北缘是否存在仍然是一个有争议的问题。利用密集地震台阵的足够高分辨率的地壳速度结构研究将有助于解决这个争议。



图1 研究区域构造背景及台站分布。三角表示地震台站。

子图:a.研究区主要构造和断层。b.研究区域


       国家重点实验室赵盼盼博士与陈九辉研究员等利用研究区内366个地震台站一年时间的连续观测数据,通过地震环境噪声成像技术,给出了青藏高原东北缘地壳40公里深度范围S波三维速度结构,其横向分辨率约20公里。

       研究认为:四川盆地以北的松潘-甘孜地块和西秦岭西部存在显著的中地壳低速结构,据估算松潘-甘孜地块至西秦岭西部中地壳30公里深度存在1-5%的部分熔融,反映出地壳通道流的北东向扩张,导致了中地壳增厚和高原隆升。研究区通道流局限于西秦岭断裂以南,并且没有沿秦岭造山带向东挤出的证据。随着通道流向外扩张,热物质温度逐渐降低,S波速度增加,流动性减弱。上、下地壳因中地壳低速层而发生解耦,上地壳缩短参与了青藏高原东北缘的生长。青藏高原东北缘的生长过程受地壳流驱动,同时伴随着上地壳的缩短增厚。


图2 a.研究区中地壳30公里深度部分熔融百分比估计。b-c:研究区地壳的主要结构、地表地形和主要断裂的卡通图。

 

       以上研究成果发表于国际地学杂志Geophysical Research Letters:Zhao, P., Chen, J., Li, Y., Liu, Q., Chen, Y., Guo, B., & Yin, X. (2021). Growth of the northeastern Tibetan Plateau driven by crustal channel flow: Evidence from high-resolution ambient noise imaging. Geophysical Research Letters, 48, e2021GL093387. https://doi.org/10.1029/2021GL093387