青藏高原东缘岩石圈热-流变结构研究

龙门山所在的青藏高原东缘具有高原周缘最大的地形梯度，但观测资料表明该区上地壳缩短量并不显著，而且龙门山前缘没有发育同时代的前陆盆地，这些特征是在活动碰撞造山带所罕见的。对青藏高原东缘形成机制的认识仍处于争论之中，其中具有代表性的观点包括"脆性地壳增厚模型"与"下地壳流模型"。前人对该区进行了大量地震、大地电磁以及重力探测研究，结果表明以龙门山为界，西部的松潘-甘孜块体和东部的四川盆地在地壳速度结构、电性结构以及重力异常等方面都存在着显著差异，龙门山断裂带对应着地形、重力、地壳厚度和速度的陡变带。这些地球物理研究大多只能确定地壳结构，而对该区壳下岩石圈的约束则较少。本项目拟综合利用地震、地形、重力以及地表热流等数据来确定青藏高原东缘的岩石圈结构，在此基础上开展岩石圈热-流变结构研究，利用岩石圈的热-流变学信息来检验"下地壳流模型"，以期深化对青藏高原东缘形成机制和演化过程的认识与理解。

四川盆地邻接的青藏高原东缘（以龙门山为界）显示出了十分陡峭的地形梯度。对这类陡峭边缘的形成机制问题，国际上存在着“脆性地壳缩短”与“韧性下地壳流”模式之争。为了深化对青藏高原东缘型边缘的成因机制和演化过程的认识与理解，本项目综合利用研究区已有的地震、重力、地表热流等数据以及数值模拟方法，构建研究区下方岩石圈的热-流变结构。结果表明：1）在川西高原下方上地幔顶部存在一个高温异常，川西高原地壳明显比四川盆地地壳热；2）川西高原下方岩石圈地幔的流变强度显著比四川盆地弱。流变强度的这种横向变化趋势与研究区近四十多年的地震分布特征一致。综合研究区已有的地壳/岩石圈结构、Pn波速度分布以及岩浆活动等研究结果，我们认为川西高原下方增厚的岩石圈地幔的拆沉剥离是导致陡峭的青藏高原东缘形成的主要机制。在前项研究的基础上，我们利用数值模拟程序I2VIS，对陆内会聚带陡峭地形的成因机制开展二维岩石-热力数值模拟。模拟中两会聚块体间地壳/岩石圈厚度以及地温梯度的横向差异被作为主要测试参数。结果表明：陆内会聚造山带陡峭地形是结构和强度差异明显的高原岩石圈与克拉通岩石圈之间持续会聚的固有产物。尽管下地壳流对两会聚块体间地壳厚度差异具有积极贡献，但它并非是形成陡峭的陆内会聚边缘的必要条件。相反，我们认为存在于陆内会带上的陡峭地形边缘是地壳缩短增厚的重力均衡表现。