鄂西地区三维地壳结构的高分辨地震学研究

The western Hubei Province is on the north-south-oriented Xinganling-Taihangshan-Wulingshan belt where the landforms in mainland China change dramatically from west to east. In this region, the high-rising Wuling Uplift, the Huangling Massif, and the Wudangshan Mt. in the west are in sharp contrast to their neighboring low lands of Nanxiang Basin and Jianghan Basin in the east. The region is also located in the suture zone between the Yangtze and North China platforms and has different geological features in the north and south. Preliminary results of receiver function analysis using existing permanent broadband seismic stations in the region show an east-west crustal thickness change of about 20 km. The thin crust beneath the basins in the east seems to extend into the interior of the Wuling Uplift and the Huangling Massif. The crustal thickness varies rapidly, possibly in the form of near vertical Moho offsets in some places. Due to the sparse distribution of stations, there are still large uncertainties in these results . We propose a two-year deployment of 30 temporary broadband seismic stations in the region to obtain high-resolution 3D crustal structure using receiver function analysis, waveform modeling, as well as surface wave dispersion and ambient noise cross-correlation tomography. We will investigate the relationship between surface geology and deep crustal structure,brittle and ductile deformation of the lower crust, and formation of sedimentary basins.

鄂西地区处于中国大陆东西方向地貌剧烈变化的兴安岭－太行山－武陵山条带上，区域内西部高耸的武陵山隆起、黄陵背斜和武当山与东部相邻的南襄和江汉盆地相形益彰；该地区同时也位于中国扬子和华北两大地台的结合带上，南北地质构造差异明显。我们最近用该地区的固定地震台站的接收函数得到的结果揭示该地区东西方向地壳厚度相差近20km，东部盆地下方的薄地壳似乎一直延伸到了武陵隆起和黄陵背斜的内部，而且地壳厚度的变化剧烈，很可能存在莫霍界面的垂直错断。但受固定台站数量和位置的限制，所得得初步结果还有很大的不确定性。我们计划布设30个流动地震台站连续记录两年，结合区域内已有的固定台站记录，采用天然地震接收函数、波形模拟、和面波及背景噪音相关层析成像等手段，获取研究区域高分辨地壳三维结构，以此来研究它和地表地质构造的关系，并探讨地壳变形的脆性和流变特性以及沉积盆地的形成和演化过程。

鄂西地区处于中国大陆东西方向地貌剧烈变化的兴安岭－太行山－武陵山重力梯度带的南端，区域内西部高耸的武陵山隆起、黄陵背斜和武当山与东部相邻的南襄和江汉盆地相形益彰。该地区同时也位于中国扬子和华北两大地台的结合带上，南北地质构造差异明显。长久以来，对兴安岭-太行山-武陵山南北梯度带的认识主要表现在两个方面，即地表地貌的西高东低和地壳厚度的西厚东薄。作为增进该地区地壳结构分辨的一个尝试，我们沿计划的三条测线布设了30个流动宽频地震台站，结合鄂西地区16个宽频地震台站，通过远震P波接收函数H-κ叠加方法估算出各个台站下方的地壳厚度。并采用CCP叠加方法较为精确地获得了三条剖面的莫霍（Moho）面起伏情况。结果很好的显示了在研究区域地壳厚度在水平距离不到20km范围内，从西边的45-50km减薄到东边的30-35km，地壳厚度的剧烈变化，说明很可能存在Moho的垂直错断。减薄的地壳结构不仅存在于东边的南襄盆地和江汉盆地之下，还一直向西延伸到武陵隆起和黄陵块体的内部。地表地形和Moho面起伏之间的非镜像对称结构，不再满足基于艾利假说的重力均衡理论，说明减薄区域上方的山区并不是由“山根”支撑的，而是由地壳本身的弯弹强度所支持的。同时也说明了下地壳与上地壳变形是解耦的。CCP成像结果显示在武当山下方存在明显的“双Moho”界面，可以理解为由于其下伏原始岩石圈地幔中的物质被来自下层高温和高含水量的地幔物质所代替，从而使得下地壳存在部分的榴辉岩相变。推测正是由于这种下地壳的榴辉岩相变，使得相变的下地壳因密度的改变发生了拆沉作用，从而形成了Moho面阶梯型的陡变。鄂西地区地壳厚度有剧烈变化，东部江汉平原下的薄地壳延伸到西部隆起的内部，这一发现对研究大陆岩石圈拉张减薄的机制和盆地的形成有重大意义。