中南安第斯长周期背景噪声成像研究及其动力学意义

Central-south Andes is an orogenic belt where Nazca oceanic plate is subducting beneath South America plate. There are significant along-strike variations of Andean orogen related to different subduction angles of Nazca slab. Flat subduction of the oceanic slab, lower crust and lithospheric mantle delamination, and ductile middle-lower crust thickening are possible mechanisms for plateau quick uplifting, but the dominate ones are undetermined; the comparability and difference between the uplifting mechanisms of central Andean plateau and Tibetan plateau are ambiguous. Research about these topics could help us to understand the evolution process of Andean orogen, and the discussions need a clear image of crustal and upper mantle structures. Improved ambient noise tomography method using very-broadband surface-wave signals has a good depth resolution and raypath coverage, and it could directly invert a crustal and upper mantle shear wave velocity model. We propose to improve and apply the frequency-time normalization method to broadband continuous waveform data recorded by temporary and permanent seismic stations around the central-south Andes to obtain the very-broadband surface-wave emperical Green's functions. At the same time, we will simulate the seimic wavefield by 3-D finite difference numerical method to get the synthetic surface-wave waveforms and 3-D surface-wave traveltime sensitivity kernels. We will invert the crust and upper mantle shear wave velocity model directly by this improved ambient noise tomography method. Then we can analysis along-strike variations of crustal and upper mantle structures for the central-south Andes,and discuss its geodynamic implications.

中南安第斯地区是纳兹卡海洋板块俯冲到南美板块下形成的造山带，因为纳兹卡板块俯冲角度不同引起造山带沿着安第斯山走向存在明显横向差异。海洋板片近水平俯冲、下地壳及岩石圈地幔拆沉和中下地壳软弱带增厚这三者哪些是高原快速隆升的主要机制；中安第斯高原同青藏高原等陆陆碰撞造山带隆升机制存在哪些相似和差异之处，对这些问题的研究有助于理解不同造山带的演化过程，回答这些问题则需要了解壳幔精细结构。改进的背景噪声成像方法具有信号频带宽(几秒到几百秒)、深度分辨率高、射线覆盖均匀、直接反演S波速度的特点，可以准确反演地壳和上地幔的精细结构。本项目拟使用中南安第斯地区流动和固定地震台站的连续宽频带波形数据，改进发展时频正则化背景噪声分析方法获取甚宽频带面波信号，使用有限差分方法计算三维面波走时敏感度核函数，进而直接层析成像反演壳幔三维S波速度结构，进而分析沿安第斯山走向的壳幔结构横向变化，讨论其动力学意义。

中南安第斯地区是纳兹卡海洋板块俯冲到南美板块下形成的造山带，因为纳兹卡板块俯冲角度不同引起造山带沿着安第斯山走向存在明显横向差异。海洋板片近水平俯冲、下地壳及岩石圈地幔拆沉和中下地壳软弱带增厚这三者哪些是高原快速隆升的主要机制；中安第斯高原同青藏高原等陆陆碰撞造山带隆升机制存在哪些相似和差异之处，对这些问题的研究有助于理解不同造山带的演化过程，回答这些问题则需要了解壳幔深部精细结构。.通过提取近震体波波形的频谱进行分析，可以获取地震波传播路径的品质因子（Q值）信息，而Q值信息因为其所能反映的地下介质热状态可以为研究安第斯的形成机制提供有效约束。利用中安第斯所布设的75个中频及宽频带地震仪所记录的地震波形数据，对南纬25°到28°的地壳和上地幔顶部P波和S波Q值结果进行了反演研究。Q值图像显示高Q值的纳兹卡俯冲板片在普纳高原下向东俯冲，同时另一个具有向西倾角的高Q值异常位于东科迪勒拉山系下。而后者可能是一块拆沉的南美岩石圈。在南美岩石圈和俯冲的纳兹卡板片之间，存在一个显著的低Q值区域，该区域从台站分布区域的北缘向南延伸到南纬27.5°消失，同时该低Q值区域在台网的南侧向西延伸更远，在台网北部延伸到约100千米深度，而在南侧只到50千米深度。低Q值区域的横向变化反映了同拆沉及脱水有关的地幔上涌机制的差异。Q值图像所反映的纳兹卡板片的俯冲深度从北向南减小，这同之前的地震学研究中发现俯冲板片从北向南发生陡俯冲向平俯冲的过渡一致。.改进的背景噪声成像方法具有信号频带宽(几秒到几百秒)、深度分辨率高、射线覆盖均匀、直接反演S波速度的特点，可以准确反演地壳和上地幔的精细结构。本研究中使用中南安第斯地区流动和固定地震台站的连续宽频带波形数据，改进发展时频正则化背景噪声分析方法获取甚宽频带面波信号，使用有限差分方法计算三维面波走时敏感度核函数，进而直接层析成像反演壳幔三维S波速度结构。结果表明沿安第斯山走向的壳幔结构横向变化非常明显，其同纳兹卡板片的俯冲角度变化相关，同时，纳兹卡板片俯冲角度的变化可能反映了海岭俯冲、上覆岩石圈拆沉、及板片撕裂等地球动力学过程相关，表明安第斯山走向上丰富的地表地质特征同复杂的深部过程相关联。