藏西北上地幔过渡带速度结构研究

张瑞青 吴庆举 李永华 曾融生

（中国地震局地球物理研究所，北京 100081）

地幔过渡带是指全球性的410 km和660 km间断面之间的部分，其中660 km的间断面是上、下地幔的分界线.过渡带内地震波速度异常和间断面的起伏特征是探测地幔温度，其化学组分以及相关动力学等问题的有效途径。这是因为一方面，地震波速度对温度较敏感，在低温异常的情况下，地震波常表现为高速异常。另一方面，矿物物理研究认为上地幔660 km的间断面是相变引起的[Ringwood，1994]，相变的一个重要参数是克拉珀龙斜率（∂P/∂T）。由于660 km间断面相变的∂P/∂T是负值，因而在低温异常的情况下，例如俯冲地区，660 km的间断面通常加深。为此，地震波速度异常和间断面起伏特征成为上地幔深部结构信息的重要指标参数。

所谓三重震相，就是区域地震波（10°～30°）在穿过上地幔过渡带时，由于410 km和660 km间断面以及过渡带内速度梯度影响产生的复杂震相。对于单台记录而言，其射线在震源和台站下方汇聚，采样路径的区别主要来自于内过渡带内回折点对应速度结构的不同，为此可通过观测到的相邻震相之间的到时差和振幅大小来约束过渡带深部结构。三重震相的强约束来自于对过渡带内不同深度的连续采样，为此需要不同震中距的台站观测资料。与其他地震学手段相比，三重震相波形特征模拟研究的优点在于不仅可刻画间断面小尺度的起伏特征，而且可获得过渡带详尽的地震波速度结构。然而其缺点在于受限于中深源地震事件的分布。

青藏高原是全球最高、最大的高原.在50～70 Ma之前，随着特提斯洋的闭合，印度和欧亚板块的碰撞形成了喜马拉雅-青藏高原造山带。青藏高原的壳、幔变形是否影响到上地幔过渡带，关系到该区构造演化不同的动力学模式的甄别。区域P波层析成像在藏中100～400 km的深度范围内，观测到近乎直立的高速异常体，被认为是印度岩石圈板块垂直向下俯冲的证据。然而这并没有得到远震层析成像和接收函数研究的支持。已有的三重震相研究显示藏中过渡带底部存在明显的P波高速异常，推测是拆沉的岩石圈板片所致。值得推敲的是藏中和稳定印度地块下方过渡带的S波速度结构却无相应的高速异常。

2003年，青藏高原的东南缘布设的两个宽频带地震观测台阵，Namche Barwa Tibet和2003MIT-China，以及周边拉萨(LSA)固定台站所记录到的兴都-库什发生的中深源地震事件，为研究藏西北下方近东西向剖面的过渡带深部结构提供了得天独厚的条件。首先，所选台阵与地震事件之间的震中距约在15°～30°内，利于三重震相的观测。其次，兴都-库什发生的地震事件震源深度深，避免了410 km间断面三重震相的干扰，因而对过渡带底部的分辨较高。

本文首次提出震源深度偏移波形叠加方法，并将其成功应用到藏北地区。该方法不仅可增强三重震相识别的可靠性，同时为从大量的观测数据中提取三重震相剖面特征提供了一种有效途径。

通过三重震相剖面模拟，研究给出了藏西北地幔过渡带的S波（vS）和P波（vP）速度模型，发现这两种模型之间并不简单线性相关。过渡带内vS梯度小，660 km间断面上速度跳跃大;与之相反，P波速度结构则表现为vP梯度大，和660 km间断面速度跳跃小的特点。与此同时，两种模型均显示660 km间断面埋深无明显异常。

本文结果与其他研究所得到的藏中和拉萨块体下方的速度结构基本一致。然而与稳定的印度地盾相比，藏北过渡带底部vS几乎相当，而vP略显高速，因而vP/vS比值稍大。藏北、藏中和拉萨块体下方过渡带深部结构的相似性被用来支持青藏高原壳、幔变形特征还没有到达上地幔过渡带。这与最近的接收函数研究的结果一致。结合矿物物理研究，本文推测藏北vS和vP速度结构的不耦合主要是由过渡带内化学成分的横向不均匀性。例如，铝含量的增多引起的。考虑到青藏高原的构造演化，我们推测研究区过渡带内铝含量的增多可能与高原形成过程中特堤斯洋板片的俯冲-拆沉有关。