利用天然地震台阵探测印度欧亚主碰撞带在冈底斯东部的结构变化

The Gangdese belt is the main collision zone of the India-Eurasia continental collision, and the focus of attention of international geosciences because it is widely considered as the best site to investigate the tectonic process of continental collision. Our most recent results indicate that there is tremendous east-west variation in the lithospheric structure, and a transition from underplating to steep subduction occurs beneath the central Gangdese belt nearby 91.5°E. However, a very important question not addressed yet is why this transition happens, is it due to forces associated with eastward subduction of India beneath Myanmar and the abrupt change in the subduction direction at the eastern syntaxis, or due to the burden of overlying, eclogitized Indian lower crust counteracting its buoyancy? This question is also very important to understand the metallogenic process occurred in the central Gangdese belt, where a large number of world-class deposits have been discovered, for example, the Qulong porphyry copper deposit (dated at 17-13Ma). We want to deploy about 60-80 broadband seismic stations in the eastern Gangdese, to profile the crustal and upper mantle structure of the collision zone in this region, and to address the above question through comparing new results with those obtained in our previous NFSC-founded project.

作为印度与欧亚碰撞的主碰撞带，冈底斯带一直是国际地学关注的焦点，是研究陆陆碰撞过程的最佳场所。最新研究显示印度与欧亚的碰撞结构在冈底斯中部存在巨大的东西向变化，印度板块在91.5°E附近发生了从近水平底侵向高角度俯冲的转换。但是，这种转换是由于印度板块在东构造节俯冲方向变化引起印度岩石圈从西向东逐步后撤引起的，还是由于印度下地壳榴辉岩化产生重力不稳定导致拆沉作用引起的，是研究和理解碰撞过程的重要问题。冈底斯带同时又是重要的成矿带，目前业已发现以驱龙铜矿(17-13Ma)为代表的一批世界级大矿床，其规模之大密集程度之高极为罕见，该问题研究对成矿作用研究也具有重要现实意义。本次申请计划在冈底斯带东部布置60-80个宽频带天然地震台站，采用接收函数和远震层析成像方法揭示印度与欧亚在冈底斯带东部的碰撞结构，通过与前期在冈底斯中部得到的资料进行对比厘清上述问题。

作为印度与欧亚碰撞的主碰撞带，冈底斯带一直是国际地学关注的焦点，是研究大陆碰撞及演化过程的最佳场所。前期研究显示碰撞带在冈底斯中部存在东西向结构变化，但这种结构变化的具体形态、形成机制以及与地表地质构造过程的关系还不清楚，还需要深入研究。冈底斯带同时又是重要的成矿带，目前业已发现以驱龙铜矿(17-13Ma)为代表的一批世界级大矿床，其规模之大密集程度之高极为罕见，研究碰撞带结构东西变化向对成矿作用研究也具有重要现实意义。在此背景下，成立了本项目并在冈底斯带东部及邻区设计布置60-80个宽频带天然地震台站，采用接收函数和远震层析成像等方法揭示印度与欧亚在冈底斯带东部碰撞结构的变化特征，为上述问题研究提供深部结构约束。. 在本项目支持下，我们在冈底斯带东部及邻区完成了200多个天然地震台站的观察工作，获得了巨量的高品质天然地震探测数据。利用天然地震成像方法揭示了印度-欧亚大陆碰撞带较为完整的碰撞带结构形态及变化特征，发现印度下地壳从高喜马拉雅底侵到了拉萨地体的中部，但在申扎和桑日两个裂谷带下方存在数十公里宽的印度下地壳和Moho面缺失现象，深源地震发生在Moho起伏及下地壳减薄部位，两个裂谷带下方存在软流圈上涌引起的低速异常。卫星重力模拟显示，印度下地壳发生了30%的榴辉岩化，处于重力稳定(密度约为 3.05g/cm3，小于地幔密度3.30g/cm3)和化学亚稳定状态。上述证据显示极可能是软流圈地幔流体和挥发分触发了印度下地壳快速榴辉岩化及拆沉过程，并最终导致了藏南裂谷带的形成。上述成果有效深化了人们对大陆碰撞、深源地震形成，以及冈底斯构造、岩浆和成矿等过程的认识（参见Shi et al., 2020, PNAS）。