天山造山带地壳上地幔速度结构与动力学研究

基于新疆地震台网、吉尔吉斯斯坦地震台网、哈萨克斯坦地震台网、天山地球动力学Ⅰ、Ⅱ期流动地震台网记录的近震、远震震相资料和波形数据，利用层析成像方法反演整个天山地壳上地幔三维速度结构，利用接收函数方法反演天山地壳上地幔二维速度结构。整合两个反演结果给出天山造山带及邻近地区的地壳上地幔三维速度结构，分析莫霍面深部变化及与构造之间关系、地壳上地幔深部构造特征及相互关系，探讨天山与塔里木盆地、准噶尔盆地、哈萨克地台不同深度、不同接触部位的盆－山动力学机制及动力学作用模式。

课题研究结果显示：1）速度结构方面，利用FDtomography方法反演整个天山地壳上地幔三维速度结构和H-κ方法反演台站下方地壳厚度和二维速度结构。结果显示在地壳浅表层，沉积盆地和造山带具有明显不同的波速特征，沉积盆地P波速度偏低、Vp/Vs波速比速度偏高，造山带P波速度偏高、Vp/Vs波速比速度偏低。根据地壳速度分布可以看出，塔里木盆地和天山接触剖面地壳结构横向变化存在明显的非均匀性,在塔里木盆地和天山中东段上地幔呈现“W”字型的高速和低速相间的变化。不同上地幔顶部的Pn波和Sn波速度明显低于构造稳定区，而以中天山地区最为明显。据此推测中天山地区的小尺度地幔对流明显抬升了莫霍面附近的温度，并造成岩石物质的部分熔融，降低了P波速度并使Vp/Vs波速比偏高，进而使中下地壳的岩石失去破裂强度而缺乏地震活动。.2）动力学方面:天山造山带中东段大部分地区的地壳厚度在50 km以上，最厚处位于中天山中部，可达约70 km；在造山带南北两侧的盆地边缘，地壳减薄至50 km以下。中天山与准噶尔盆地结合带的北天山断裂带附近存在约10 km的莫霍面错断，而南天山与塔里木盆地结合带的南天山山前断裂带附近也存在数千米的地壳厚度变化。地壳厚度的快速变化暗示塔里木盆地和准噶尔盆地地壳对天山造山带的强烈碰撞挤压，甚至俯冲至地壳之下，造成了天山造山带中东段地壳的显著缩短增厚。.层析成像结果分析认为，受青藏高原西北部和帕米尔弧向北推挤下，塔里木盆地以刚性为特征，导致塔里木盆地顺时针旋转过程中受力不均，向天山中东段下插产生“错段”有关；另一方面，有可能是部分熔融物质上涌到地壳中部或更浅的深度。沿着北南向的纵向波速剖面，南天山莫霍面较北天山深，结合重新定位后的地震分布勾画出了塔里木盆地和准噶尔盆地俯冲至天山中东段下方的形态：塔里木盆地和天山部位的地震有向北高角度倾斜的趋势，而准噶尔盆地和天山部位的地震有向南低角度倾斜的趋势。.综合结果分析认为，塔里木岩石层向北俯冲至天山之下；准噶尔盆地向南俯冲到天山下方；塔里木盆地俯冲角度要比准噶尔盆地俯冲角度要高。哈萨克地台岩石层也是向南俯冲至天山下方，因此，塔里木盆地、准噶尔盆地的岩石层和天山造山带的岩石层均带有板块的性质，从而支持天山地区位于板块汇聚边界的动力学模型。