喜马拉雅造山带与大地震发生的深部介质和构造环境

The Himalayan orogen is the place of the continent-continent collision between Eurasian plate and Indian plate. Because of their interaction the shallow and deep structures are very complicated, where several M>8.0 Earthquakes occurred. It is significant to study the three dimensional fine structures of the lithosphere and the asthenosphere for discussing the tectonic evolution and seismicity. We collect long period and broad-band continuous waveform and seismic data from the global and regional seismic stations in the study area and its surrounding area．Based on the data, using ambient noise tomography, surface wave tomography and receiver function methods, we study the fine three-dimensional velocity models of lithosphere-asthenosphere system and recognize the depths of interfaces and thicknesses of different layers, including the crust, the lithosphere and the asthenosphere in the study area. The lithosphere-asthensphere system evolution and its geodynamics are researched combining with the results of the simultaneous inversion and 3-D finite element numerical simulation．In the study area we provide deep geophysical evidences for studying the collision mode of Eurasian and Indian plates and deep tectonic environment where large earthquakes occur.

喜马拉雅造山带位于欧亚板块和印度板块的交接地带，在板块碰撞挤压作用下，形成了该区域非常复杂的深浅构造格局，发生了多次8级以上的强大地震。深入研究该地区岩石圈-软流圈体系三维速度结构，对探讨其深部构造演化和地震活动乃为关键所在。本项目拟收集研究区及周边国内外长周期和宽频带台站多年记录的连续波形资料和地震记录，联合面波层析成像方法、噪声层析成像方法和接收函数方法，重建喜马拉雅造山带及周边岩石圈-软流圈较精细的三维速度模型，确定研究区地壳、岩石圈以及软流层的厚度分布。构建深部介质的物理-力学模型进行三维有限元数值模拟。探讨欧亚板块和印度板块的碰撞模式以及大地震发生的深部构造环境。

喜马拉雅造山带位于板块交接地带，在陆陆碰撞-挤压作用下，形成该区域非常复杂的深浅构造格局，是全球陆内地震最为活跃地带之一。参考国内外地球物理、地质等领域已有研究成果，建立地表至地下350公里深度包含P波和S波速度、层厚度、密度信息的三维初始模型。收集研究区及周边2008-2018年连续波形和事件波形数据。对单台记录的Z、N和E分量进行去除仪器响应、去均值、去倾斜、滤波、旋转等处理，提取台站间介质的格林函数。用“频率-时间”方法测量天然地震面波和噪声频散曲线。用球坐标系下的二维层析成像方法计算噪声和天然地震面波的群速度,得到Rayleigh波5-150秒周期速度分布和Love波5-50波周期速度分布。联合噪声和地震面波的频散数据，用Hedgehog和模拟退火算法反演得到10至350公里的SV波速度分布和10-50公里的SH波速度分布。对2016-2019年固定台站和流动台站记录的波形数据进行旋转等处理后，用P波接收函数研究地壳厚度、各向异性及泊松比分布，用二次旋转提取S波接收函数研究岩石圈结构。基于研究成果，重建研究区包含速度、密度、层厚度、地壳和岩石圈厚度等信息的三维地下模型。模型显示，喜马拉雅地块的上地壳速度相对较低，拉萨地块和羌塘地块的东部相对较高；速度异常形态总体上呈现东西条带状分布。70公里深度，拉萨地块东西存在明显的差异；印度地块、喜马拉雅地块的速度相对较高。在200公里，拉萨地块、羌塘地块表现为低速。印度地块上地幔顶部以近于水平方向俯冲到喜马拉雅地块和拉萨地块之下，抵达班公-怒江缝合带。在班公湖-怒江缝合带以南，震源深度相对较深，尤其在喜马拉雅地块发生了较多的穿过地壳抵达岩石圈的深源地震。主边界缝合带以南地块的地壳较薄；喜马拉雅地块的Moho界面埋藏较深，大约为60公里，岩石圈厚度相对较薄。拉萨地块的Moho界面埋深为60-70公里，岩石圈厚度大约160公里；拉萨地块和喜马拉雅地块的东部下方岩石圈厚度要大于西部下方的岩石圈厚度。基于构建的地下模型，构建跨越块体的物理-力学模型进行数值模拟。在南、北向挤压与东、西方向拉张的构造背景下，以及高大地形重力势能差的共同作用下，喜马拉雅造山带北部壳、幔物质运移方式在平面展布为向东、西方向上伸展，沿大型走滑断裂系所围通道侧向运移。