【摘 要】
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鄂尔多斯块体位于华北克拉通西部,新生代以来受青藏高原北东向挤压和西太平洋板块西向俯冲的拉张应力的共同作用,在其周缘发育了一系列的断陷盆地和断裂带。作为在华北新生代和现代构造活动中具有重要作用的活动块体,以及华北克拉通的重要组成部分,鄂尔多斯块体深部结构研究一直受到地球物理学家们的高度重视。本文利用中国地震科学台阵在该地区观测获得的高质量地震数据,对鄂尔多斯块体及周缘区域的壳幔S波速度结构和各向异性
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鄂尔多斯块体位于华北克拉通西部,新生代以来受青藏高原北东向挤压和西太平洋板块西向俯冲的拉张应力的共同作用,在其周缘发育了一系列的断陷盆地和断裂带。作为在华北新生代和现代构造活动中具有重要作用的活动块体,以及华北克拉通的重要组成部分,鄂尔多斯块体深部结构研究一直受到地球物理学家们的高度重视。本文利用中国地震科学台阵在该地区观测获得的高质量地震数据,对鄂尔多斯块体及周缘区域的壳幔S波速度结构和各向异性进行了研究,探讨了其动力学意义,获得的主要成果及认识如下:(1)利用中国地震科学探测台阵在鄂尔多斯及周边地区布设的461个地震台为期2年的地震观测资料,采用背景噪声层析成像方法,研究获得了鄂尔多斯及周边地区5-46s周期、分辨率高达0.3°*0.3°的瑞利面波相速度分布图像。(2)利用获得的相速度频散数据,使用基于贝叶斯框架下的马尔可夫链蒙特卡罗(MCMC)非线性反演方法反演获得了地壳及上地幔顶部三维S波速度结构。结果表明,鄂尔多斯块体浅部存在明显的沉积层,且表现为西部厚,东部稍薄的特征。在上地壳,鄂尔多斯块体内部存在明显的横向不均匀性,西部的相对低速可能与新生代以来印度板块与欧亚板块碰撞导致青藏高原东北缘对块体西部边界的挤压,进而产生地壳内部不同程度的变形和破坏有关。鄂尔多斯内部中上地壳存在明显的NE向高速异常带,推测可能与鄂尔多斯块体的基底拼合有关。鄂尔多斯中下地壳和上地幔表现为显著的高速异常,该高速异常与临汾盆地、灵石隆起地区的高速异常相连接,并一直向东延伸至太行山造山带南部,表明该区域在华北克拉通破坏过程中未遭到严重破坏。兴蒙造山带南缘中上地壳速度分布具有明显的横向不均匀性,推测与整个造山过程中,不同海陆块的拼合和物质交换,以及地壳的缩短和隆升引起中下地壳界面的剧烈起伏有关。(3)利用~710个流动地震台站的SKS资料通过剪切波分裂分析获得了高分辨率的各向异性分布图像。结果显示,在鄂尔多斯块体内部各向异性总体较弱,应与块体具有较大的力学强度不易变形有关。在鄂尔多斯块体西部地区各向异性比东部地区明显偏大,且快波方向与青藏高原东北缘地区具有较好的一致性,我们推测在青藏高原扩张和挤压的影响下,块体西缘发生了明显的变形。在鄂尔多斯东北缘和山西断陷带北部存在一个快波偏振方向为NW-SE方向的狭窄区域,它与地震层析成像揭示的低速带相一致,与青藏高原对鄂尔多斯块体的NE向挤压相垂直,推测它与上地幔低速物质受青藏高原东北缘NE向挤压的远程效应有关。在山西断陷带中部存在一个明显的弱各向异性区,它与鄂尔多斯东部的弱各向异性区相接,其分布范围与地震层析成像显示的高速区相一致性,认为山西断陷带中部的岩石圈厚度和力学强度高于其南部和北部地区。在太原盆地附近EW向的各向异性快波方向自西向东具有良好的一致性,未受NE-SW走向拉张盆地影响,推测太原盆地下岩石圈地幔变形不大。兴蒙造山带区域快波偏振方向主要以NWW–SEE为主,与绝对板块的运动方向大致相同,推测各向异性可能与软流圈流动有关。然而靠近阴山造山带部分的各向异性快波偏振方向与阴山-燕山造山带走向一致,推测与兴蒙造山带南缘燕山期的构造变形残留有关。(4)利用~200个远震的SKS震相,采用切向能量最小方法,研究获得了四川盆地及周边地区512个宽频带地震台站下方的壳幔各向异性。结果显示,在四川盆地内部,平均延迟时间仅约为0.35 s,与其岩石圈较厚且不易变形有关。在四川盆地东北部,快波偏振方向与周围地区明显不同,推测原因是青藏高原地幔物质向东逃逸过程中产生的近E-W向压应力,作用在岩石圈强度相对较软的四川盆地东北部,沿右旋最大剪切方向发生了强烈变形。四川盆地西南部区域具有很强的SKS各向异性,表明该地区的岩石圈已发生了明显的变形。在川滇菱形块体内部,存在近E-W向的各向异性,其快波偏振方向几乎与其北部和南部区域的各向异性方向相垂直。我们推测该区域的岩石圈拆沉作用可能导致地幔物质的上涌和部分熔融,在近N-S向的挤压应力作用下产生近E-W方向的变形。松潘-甘孜块体南部的延迟时间明显小于北部,且快波偏振方向也与北部不同,不以NW-SE方向为主导。地震层析成像显示这里的岩石圈表现为明显的低速异常,上地幔热物质的上涌和该区域复杂的构造应力致使上地幔各向异性矿物很难沿某一特定的主导方向排列。
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