联合天然地震与人工爆破的P和PmP波数据对青藏高原东北缘中下地壳内低速层的研究

Beno Gutenberg discovered a distinct low velocity zone (LVZ) in the upper mantle at 1959, which has been confirmed widely existing around the globe, including recently detection of its presences in the middle-lower crust. The LVZ plays a very important role in the rheological strength and electrical conductivity of rocks, the propagating of seismic wave, the formation and activity of magma, the transmission of fluids. The northeastern border region of Tibet Plateau is located at the collision zone of the Tibet plateau, the Xinjiang tectonic block and the North China Craton, where the LVZ in the deep crust closely relates the complicated geological structure, stress state surrounding and intense seismicities. However, the details the LVZ in the middle-lower crust remain unclear because of insufficient date and unsuitable imaging method..A new updated tomography method can greatly improve the resolution of the middle-lower crust by using PmP date, the reflect phase of the Moho discontinuities, which already help us revealed the fine 3D spreading of the LVZ in the middle-lower crust at several areas. The location and origin time of natural earthquakes generally couple with the reference velocity model, while the deep seismic sounding experiment with precisely blast location and time can constrain the couple influence on imaging research. This Work apply the new developed tomography method joint with natural earthquakes and explosions to study the LVZ in the middle-lower crust under the northeastern border region of Tibet Plateau. The research will help us understand the LVZ character in the complicated deep dynamic environment and its relationship with seismicities.

1959年古登堡发现的上地幔低速层现已被证实在全球广泛存在。最近发现，中下地壳也存在低速层。低速层对地壳岩石的流变强度和导电性、地震波传播、岩浆形成和活动、流体迁移等有着直接而重要的影响。青藏高原东北缘地区属于青藏、新疆和华北三大亚板块交汇地带，其特殊的构造应力环境及地震活动性与地壳深部的低速层密切相关。受以往方法和数据制约，该地区中下地壳内低速层细节尚不清楚。近年来发展的联合后续震相（PmP）的三维地震层析成像方法，大大地提高了多个地区中下地壳的速度结构分辨率，对探明低速层的存在及其具体三维展布形态起到了关键作用。本研究将在天然地震数据的基础上，结合人工爆破震源数据，充分利用其有效约束震源时空要素和地下结构耦合性的特点，发展适用于区域的中下地壳速度结构的成像方法，来研究青藏高原东北缘的中下地壳内低速层与隐伏断层的分布关系及其与周边地块相互碰撞挤压显现的地壳深部特征等相关的地球动力学问题。

青藏高原东北缘地区位于青藏高原、阿拉善块体及鄂尔多斯块体三大块体的接壤区域。在印度-欧亚板块板碰撞产生的挤压和鄂尔多斯盆地阻挡的共同影响下，青藏高原东北缘区域具有复杂的地质条件和强烈的构造活动，曾多次遭受大地震灾害。受以往方法和数据制约，该地区的地壳速度结构不够精细，特别是中下地壳内低速层细节尚不清楚。我们通过该项目从数据和方法上同时进行优化，发展了该区域地壳结构反演研究工作。..我们首先在天然地震数据的基础上，结合人工爆破震源数据，充分利用其有效约束震源时空要素和地下结构耦合性的优点，将二者联合组建构成一个互补的数据库。这样，一方面反演数据在数量上得到了改善，另外还使的研究数据在空间分布上更加合理，大大改善了数据在整个地壳空间特别是中下地壳部分的有效覆盖。为进一步保证地震走时数据的可靠性，我们只选取那些至少有8个震相记录的地震事件，最后我们精选出11272个地震事件（含天然地震和人工地震），包含105288个直达P波和101550个直达S波及7103个莫霍面PmP反射波，共计213941个震相参与联合反演计算。..由于地壳一维参考速度模型是区域地震成像反演的重要基础，以往该区域的反演受限于数据的约束，采用的都是较早的全球尺度地震波速度模型。我们通过提取最新的地壳一维速度模型LITHO1.0，使得初始速度模型更符合区域实际特性。在极高频的假设下，为了更准确地进行射线追踪，我们在反演过程中还考虑了地壳内速度间断面（含莫霍面）在深度上的变化。最后我们反演获得了水平分辨率约为35公里和深度分辨率8-15公里的地壳P波速度结构。..我们的结果表明，流动台的走时数据有效地提高了成像的质量，特别是在鄂尔多斯盆地西缘和西南缘的附近区域。反演过程中考虑速度间断面后，更有利于揭示出中下地壳的速度图像。我们的研究探明了低速层在地壳中的三维空间展布形态以及断裂带和区域块体的地壳深部特征。..项目的开展有助于提高我们理解研究区域内不同构造块体之间的相互作用、断裂带的地壳深部特征及区域地质构造的演化过程等相关的地球动力学问题，并为后续的相关地球科学研究提供模型和数据支持。