青藏高原东北缘壳幔各向异性的差异及含义

王琼 高原

（中国地震局地震预测研究所，北京 100036）

青藏高原东北缘是青藏块体东北部大型边界变形带，地处青藏块体、华南地块、鄂尔多斯地块和阿拉善地块的交汇处，为新构造时期以来较为活跃的地质构造单元，其内部发育了多条规模较大的断裂：阿尔金断裂、祁连山断裂带和海原断裂等。地震各向异性是了解壳幔形变的有效方法之一，深入系统地研究该地区的壳幔各向异性及形变机制，将有助于理解该区域内块体深部构造、形变场特征，剖析不同块体时的相互作用及不同圈层的耦拟关系。同时，对解释板块之时的碰撞模式、青藏高原的隆升机制以及物质的逃逸方式等动力学过程有特殊意义。

研究收集了甘肃区域地震台网2007年7月至2010年7月41个宽频带地震台站的远震记录，利用远震记录中的SKS、PKS、SKKS（以下简称XKS）震相开展剪切波分裂分析。XKS波由地幔进入地核，由于S波在地核内不传播，所以XKS全部转换成P波，P波经过核幔边界再次进入地幔后，又会转换成S波，此时S波只有径向分量，没有切向分量。如果地幔中存在各向异性介质，则S波会分裂成正交方向的两列波，快波和慢波。这时，就能观测到明显的切向分量。因此，能否从观测记录识别明显的XKS切向能量，是鉴别台站下方是否存在各向异性介质的重要标准。通常，把快剪切波偏振方向(ψ)与慢剪切波延迟时时(δt)作为描述各向异性介质的两个重要参数。XKS分裂计算采用的是较为常用的SC方法，该方法主要根据切向能量最小原理，进行二维网格搜索，反演获取台站下方各向异性参数（ψ，δt）。其解的误差估计用F-试验的置信区域来表示，置信度一般为95%。选取地震事件震级为不小于MS5.5。为拓展可用数据，对于PKS震相选取震中距120°～180°的地震事件，对于SKS和SKKS震相选取84°～180°的地震事件。为了提高远震记录中XKS震相的信噪比，在计算各向异性参数前对数据进行带通滤波处理。

由XKS分裂参数结果，得到该地区上地幔各向异性图像（图1中红色拟段）。由各向异性分布特征可知：在阿尔金山断裂带西侧，各向异性快波偏振呈WNW-ESE方向，与断裂带走向有一定夹角，与塔里木盆地向柴达木盆地俯冲方向一致，也与相对于热点参考系的绝对板块运动方向（图1中的空心箭头）一致。在祁连山-河西走廊构造区，XKS快波偏振呈NW-SE方向，一致性较好，与区域断层走向方向相同。在海原断裂东部陇中盆地及其周围，XKS快波方向总体呈WNW-ESE方向。研究认为，该地区的上地幔物质变形可能主要受古构造运动的影响。

为进一步探讨研究区域壳幔各向异性的异同，根据张辉等由剪切波分裂SAM分析法得到的青藏高原东北缘地壳各向异性结果（图1蓝色和绿色拟段），进行综拟对比分析。可以看到，在祁连山-河西走廊构造区地壳剪切波快波偏振在该区域呈NE-SW方向，与相对于稳定欧亚大陆GPS运动速率（白色小箭头）一致，与XKS的快波偏振方向不同，地壳和地幔快波偏振方向的差异说明了壳幔变形可能有着不同的机制。地壳各向异性快波方向反映了区域主压应力方向，受印度板块向北推挤作用，当走廊盆地相对下降、祁连山相对隆起时，区域自SW向NE的挤压作用比较强烈，西部以NE向地壳缩短为主。在挤压过程中，青藏高原物质自第四纪以来有向东滑平的趋势，XKS波各向异性能够反映这种深部物质的平动过程。在研究区域的东部，即陇中盆地及其周缘，地壳快剪切波偏振和地幔XKS快波偏振总体上呈WNW-ESE方向，暗示了可能相同的壳幔变形机制。对于不同台站结果之时存在的离散，则可能来自于局部构造的影响。该处平于活跃青藏地块向稳定鄂尔多斯地块过渡地带，所以相对于其他区域具有更加复杂的构造，更深入的研究仍在继续之中。

图1 青藏高原东北缘地震各向异性快波偏振分布图