联合重力和地震波走时数据的青藏高原东部壳内软弱层空间分布及动力学意义研究

The Intra-Crustal- Weak Layers (ICWL) play an important role in the crustal-mantle geodynamic activities, such as crustal-mantle deformations, decoupling, energy exchanges and the plateau deformation and evolution. The present researches about ICWL, which have already revealed the extensive development of ICWL are mostly from the research of low velocity layers by seismic datum. However, the spatial distribution characters of ICWL given by seismic datum are significantly different, which will affect the geodynamic model construction of Tibetan Plateau directly. The density as an important attributive parameter of the earth can provide good petrophysical property, temperature, pressure and rheology constraints. The spatial distribution characters of weak layers can be effectively constrained by the comparative analysis between density and velocity. In this research, we will invert the three dimensional density and velocity structures of the Tibetan Plateau curst by joint inversion of gravity and seismic datum. Moreover, the spatial distribution characters of ICWL will be studied on the whole. Subsequently, its deep genesis and geodynamic significance will be revealed.Our study is usefull to further reveal the crustal-mantle dynamic process and improve the deformation model of eastern Tibetan Plateau.

壳内软弱层在青藏高原壳幔动力学活动中扮演着重要角色，对壳幔耦合、壳幔物质能量交换、高原变形模式起着重要作用。目前，对于青藏高原壳内软弱层的报道大都基于地震观测资料对低速层的研究，已揭示了壳内软弱层的广泛发育。然而，对于青藏高原壳内软弱层空间分布特征，现有地震资料给出的研究结果存在较大差异，这将直接影响到该地区壳幔动力学模型和高原变形模式的建立。密度作为岩石的重要物性参量，能够对岩石物性、流变性和所处温压状态提供有效约束。对比分析速度和密度，能够更好地约束软弱层的空间分布。本项目将综合重力和地震波走时资料，采用重力-地震联合反演方法，对青藏高原东部地壳三维密度结构和速度结构进行反演，在此基础上研究青藏高原东部壳内软弱层空间分布特征，并探讨其动力学意义。本项目研究成果对进一步认识青藏高原东部壳幔动力学过程，检验和完善青藏高原东部已有变形模式具有重要的科学意义。

壳内软弱层对壳幔耦合、物质能量交换等动力学过程起着重要作用。目前，基于地震学对青藏高原壳内软弱层空间分布特征研究结果存在较大差异。对比分析速度和密度，能够更好地约束软弱层的空间分布。本项目将综合重力和地震波走时资料，对青藏高原东部地壳密度结构和速度结构进行反演，对比速度结构和密度结构研究青藏高原东部壳内软弱层空间分布特征，对进一步认识青藏高原东部壳幔结构和动力学过程具有重要的科学意义。.重力场分离。通过地形改正和布格改正计算了研究区布格重力异常；正演计算了莫霍面、沉积层界面起伏引起的重力异常和地幔密度异常对应的重力异常。在此基础上分离出了地壳密度异常对应的重力异常，以此剩余重力异常来进行下一步的密度结构反演。.青藏高原东部地壳三维速度结构和密度结构。采用近震层析成像方法，获得了研究区地壳P波、S波速度结构和泊松比。基于分离出的剩余重力异常，采用重力地震联合反演获得了研究区地壳三维密度结构。结果表明：研究区中下地壳存在大范围的强烈低速度和低密度异常区域。研究区南部的昆仑山断裂下方为强烈的低密度异常，一直延伸到下地壳，北部的海源断裂表现为高密度异常。.青藏高原东部壳内软弱层特征。对比分析速度、密度、泊松比，推断昆仑山断裂带下方存在壳内软弱层，从中地壳一直延伸到下地壳。而其北部的海源断裂带虽然中下地壳表现为强烈的低速度异常，但为高密度异常和正负相间的泊松比扰动，推测该处壳内不存在软弱层。.青藏高原东北缘岩石圈地幔三维速度结构和密度结构。基于分离出的岩石圈剩余重力异常，联合P波走时数据，采用重力地震联合反演获得了研究区岩石圈地幔速度和密度结构。发现从地壳到地幔密度异常等值线走向发生了顺时针旋转，表明青藏高原东北缘地壳和地幔具有不同的构造运动模式，暗示该区可能发生了壳幔解耦；80-100km深度上，P波速度异常较密度异常明显偏低，推测该区可能发生了部分熔融或者岩石含水量的增加。