川西地区地壳分层各向异性的接收函数研究

The uplifting mechanism of the Tibetan plateau is a hotspot in the continental dynamics studies. The western Sichuan lies in the eastern margin of the Tibetan plateau, and is therefore considered as an ideal testing ground for understanding the eastward growth of the plateau. Even today, controversy still remains, on how the crust deforms in the western Sichuan. One of the reasons is the lack of knowledge on the orientation of crustal deformation at different depths. Seismic anisotropy is an effective tool to investigate the directional information and the mechanism of crustal deformation. Most studies in this region are still confined to rough estimations of the overall crustal anisotropy and simple interpretations based on horizontal transverse isotropic models. As a matter of fact, the studies of stratified crustal anisotropy, based on the waveform inversion of receiver functions, can not only extract the azimuthal anisotropic parameters at different depths within the crust, they can also provide the vertical orientation of crustal deformation in each layer of the crust. This proposal investigates the mode and the mechanism of crustal deformation beneath the western Sichuan region at different depths and across different tectonic units, based on the waveform inversion of receiver functions. The teleseismic P waveforms are recorded by the Western Sichuan Temporary Array (297 broadband seismic stations) between 2006 and 2009, deployed by State Key Laboratory of Earthquake Dynamics, Institute of Geology, CEA. The results are expected to provide new constraints and evidence for understanding the eastward growth of the Tibetan plateau and its dynamics.

青藏高原的隆升机制是大陆动力学研究的热点。川西地区位于青藏高原东缘，是研究高原东向生长机制的实验场。迄今为止，学术界对川西地区地壳变形方式及其动力学的认知仍然莫衷一是，其主要原因应与缺少上中下不同深度的地壳变形方向及物质运移的进一步证据有关。地震各向异性研究有助于揭示地壳变形的方向和机制等重要信息。该地区现有地震各向异性研究大多限于对全地壳的总体估计和较为简单的水平TI模型解释。而基于接收函数波形反演的地壳分层各向异性研究不仅能够提取地壳内部不同深度上的方位各向异性参数，还可以揭示不同层位上地壳变形垂向上的方向性信息。本项目将利用中国地震局地质研究所地震动力学国家重点实验室于2006-2009年在川西地区布设的297个宽频带地震台记录的远震P波波形数据，通过接收函数波形反演研究该区域不同构造单元在不同深度上的地壳变形方式及其机制，为探讨青藏高原东向生长机制及其动力学提供可靠约束和证据。

川西地区位于青藏高原东缘与四川盆地的碰撞交汇区域，是青藏高原东向扩张的前缘地带。其地壳深部介质变形机理和动力学过程一直以来都是大陆动力学研究领域的热点问题。本项目利用中国地震局地质研究所地震动力学国家重点实验室布设的“川西密集流动观测台阵”的远震P波接收函数波形数据，采用基于量子粒子群优化的各向异性介质波形反演技术，开展了地壳分层各向异性研究。最终，从川西台阵297个台站中获得了218个台站的地壳分层各向异性模型，并依据数据拟合程度的优劣，对所得模型进行分类。结合区域构造、断裂分布、GPS观测以及SKS、SKKS震相分裂的研究结果，对川西地区地壳各向异性三维空间分布特征、不同构造单元变形特征和动力学模型进行了分析和探讨。研究结果表明，该地区地壳内部纵向上普遍存在变形方向的解耦且机制不同，横向上具有显著的分区特征。根据各向异性快波方向在各深度切面图像，确认了地壳物质由川滇地块跨越鲜水河断裂带物质东北方向运移的通道。此通道在各深度切面均有呈现，而非重力驱动的地壳通道流。其可能成因是：川滇块体在水平的挤压（来自西北方向）和块体边界的阻挡（由龙门山断裂带和丽江-小金河断裂带所切割）共同作用下，壳内软弱物质发生沿东北、西南方向和垂向上的纯剪切变形。此外，浅表2km的快波方向与断层和断裂带走向强相关，呈现断层主导的边界控制作用。上地壳10km处，除主要断裂边界以外，断层影响减弱，尤其是在安宁河断裂以东的边界构造带和滇中块体内部。中地壳深度24km处，安宁河断裂以东边界构造带快波方向由北部区域的NNW-SSE转变为南部的NE-SW，其分布特征与该区域低速物质的形态和大震空间分布有很好的一致性。中下地壳35km处，龙门山断裂带南段、中段两侧快波方向垂直于断裂带方向，表明该深度介质处于挤压状态，与其逆冲-走滑的断裂属性相吻合。下地壳45km处，龙门山断裂西侧存在沿断裂边界走向的物质流动，而在多数区域的快波方向与SKS结果具有可比性，表明这些区域在这一深度上存在壳幔变形的耦合。另外，本项目还发展了各向异性介质中的S波接收函数成像方法，并应用于实际数据解释，有效提高了成像结果的准确性和可靠性。