喜马拉雅造山带及邻区岩石圈热结构与地震活动

The Himalayan orogen is one of the most seismically active zones in the world. Earthquake focal depths beneath the Himalayan orogen and neighboring regions exhibit remarkably layered characteristics and, for instance, earthquakes occurred in the upper crust (Interior of the Tibetan Plateau), in the lower crust (northern India) and in the uppermost mantle (Nepal and Southern Tibetan Plateau). Temperature is a major controlling factor of such layered characteristics. The lithospheric thermal structure of the Himalayan orogen and its environs were poorly constrained due to extremely sparse distribution of surface heat flow and insufficiency of magnetic anomalies. In this study, the lithospheric magnetic anomalies of the Himalayan and its adjacent regions will be calculated from the lithospheric magnetic field model of NGDC-720 and the main magnetic field model of POMME-4.0. The Curie-point depths are then estimated from magnetic anomalies using a 3-D fractal magnetization model. Based on the temperature-dependent thermal conductivity model, 1-D steady state heat conduction equation and mantle solidus or adiabats, the thermal lithospheric thickness and 3-D lithospheric thermal structure will be calculated by correlating with surface heat flow. The focal depths after relocation and lithospheric thermal structure will be investigated. The lithospheric thermal evolution and mechanical strength of the Himalayan orogen and its adjacent regions, and temperature effects on the intracontinental seismicities will be further discussed.

喜马拉雅造山带是全球地震活动最强烈的地区之一，其震源深度具有上地壳（西藏内部）、下地壳（印度北部）和上地幔最顶部（尼泊尔和西藏南部）明显的层状特征，而温度则是控制震源深度分层特征的一个主要因素。以往的研究由于地表热流分布极其稀疏或是缺乏磁异常数据而不能有效地约束该区域岩石圈热结构。因此，本研究拟通过岩石圈磁场模型NGDC-720和地球主磁场模型POMME-4.0计算喜马拉雅造山带及邻区的岩石圈磁异常，利用三维分形磁化模型反演该区域的居里点深度。在地表热流约束下，应用随温度变化的热导率模型及一维稳态热传导方程和地幔固相线或绝热线，计算该区域的热岩石圈厚度和三维岩石圈热结构。结合重定位后的震源深度，分析该区域岩石圈热结构与地震活动特征，探讨喜马拉雅造山带及邻区的岩石圈热演化、力学强度及温度对大陆板间地震活动的影响等动力学意义。

本项目利用NGDC-720岩石圈磁场模型和POMME-4.0地球主磁场模型，计算岩石圈磁异常并反演其居里点深度，探讨磁异常、居里点深度、岩石圈温度结构与地震活动的关系。模型测试研究表明观测高度为20 km的磁异常可用于精确的居里点深度反演。选取三维分形指数3.0，采用不同大小的滑动窗口平均计算居里点深度。综合利用地表热流和居里点深度，根据一维稳态热传导方程分别计算了地壳温度结构、Moho面温度和热岩石圈厚度。应用双差定位法进行了地震重定位，结合岩石圈磁异常、梯度张量异常和热结构，分析地震活动及其动力学意义。研究结果表明青藏高原东缘大多数2.0级地震分布于负磁异常区域或强-弱磁异常边界，震源深度多为5-20 km。大多数地震震源区温度为100-500℃，4.0级地震震源区温度多为200-400℃。2008年汶川Ms8.0、2013岷县Ms6.6、2014年鲁甸Ms6.5和2017年九寨沟Ms7.0地震震源区温度大约均为300℃左右，接近石英矿物脆-塑性变形过渡区的温度。2013年芦山Ms7.0地震震源区温度接近约400℃，更多与局部构造应力异常有关。东北地区松辽盆地热岩石圈厚度最小约为50 km，Moho面温度约为700-1000℃，表明其下地壳可能存在部分熔融，并且地幔贡献了65%的地表热流观测值。本项目的研究结果可以为居里点深度反演、岩石圈温度结构、热岩石圈厚度、地震震源区温度以及磁异常与地震活动之间的关系等研究提供重要的参考价值，同时对地震灾害和岩石圈动力学研究有着重要的科学意义。