天山造山带Pn波速度与各向异性成像

雷建设 周智刚（中国地震局地壳应力研究所中国地震局地壳动力学重点实验室，北京 100085）

天山造山带Pn波速度与各向异性成像

雷建设 周智刚
（中国地震局地壳应力研究所中国地震局地壳动力学重点实验室，北京 100085）

天山造山带位于中亚哈萨克斯坦、吉尔吉斯斯坦和我国境内，距离印度板块与欧亚板块间碰撞带约2 000 km，在东西方向上绵延近2 500 km，是世界上最典型的陆内造山带之一，是研究陆内造山带形成机理的理想场所。前人利用对天山造山带的速度结构做过大量的研究，包括利用Pn波对中天山和东天山地区上地幔顶部速度与各向异性成像研究，以及使用三维体波速度成像技术对天山地区的地壳与地幔速度结构进行探讨，大量背景噪声成像方面的工作在天山地区也得到了开展。这些研究均取得了一些有意义的结果，较好地揭示了构造块体间的运动过程。然而，这些研究都集中于对天山局部地区上地幔顶部速度结构或者对天山地区不同深度范围内的速度结构进行探讨，而没有对针对整个天山造山带上地幔顶部整体的速度和各向异性结构进行研究。因此，本研究利用从布设在西天山、中天山及帕米尔地区的流动地震观测台站记录的波形数据中拾取的Pn到时资料以及从中国地震台网观测报告中提取的Pn到时信息，对天山造山带及邻区下方上地幔顶部速度与各向异性结构进行研究，揭示该区域地球动力学过程。

1　资料与方法

本研究采用的Pn波走时数据主要有以下两个来源: ①1997—2011年期间布设在中天山、西天山及帕米尔地区的98个流动地震观测台站记录到的波形资料，由这些资料我们拾取来自震级3.0级以上2 083个地震的25 173条Pn到时资料；②新疆地区2008—2013年期间中国地震台网观测报告中的3 617个地震被79个台站记录到的45 367个Pn到时资料。为保证数据质量和射线覆盖，我们采用以下Pn数据筛选标准：震中距介于2°～ 11°之间；震源深度小于40 km；每个地震至少被5个台站记录，每个台站至少记录到5个地震；走时残差在±4 s之间。初始反演模型设定地壳平均速度6.25 km/s，通过对数据拟合确定地壳平均厚度为49 km，上地幔顶部平均速度为8.2 km/s。通过以上标准筛选出3 628个地震事件被157个地震台站记录到的47 249个Pn到时数据。研究区射线分布整体上不均匀，准葛尔盆地地区和整个天山山脉地区以及塔里木盆地的西部地区射线分布较为密集，而在塔里木盆地的西部地区及研究区的边缘地区射线分布较为稀疏。本文采用了Hearn提出的将各向同性速度和各向异性联合反演的Pn波成像方法。

2　结果与认识

研究结果显示，上地幔顶部存在明显横向不均匀性。构造活动稳定的地区如哈萨克地台、准噶尔盆地、塔里木盆地、塔吉克凹陷和柴达木盆地地区呈现明显高波速异常，而在构造活动相对剧烈的地区如天山造山带和西昆仑山地区，其上地幔顶部呈明显低波速异常。壳源地震主要分布在Pn波低速异常区以及高速异常区向低速异常的过渡带上，表明壳内地震的孕育与地幔构造活动存在一定的相关性。天山山脉上地幔顶部各向异性快波方向整体上与山脉走向平行，而哈萨克地台、塔里木盆地、准噶尔盆地与天山结合部位各向异性快波方向与山脉走向近似垂直，可能与它们向天山山脉下方的俯冲运动过程有关。帕米尔地区上地幔顶部各向异性快波方向呈现北向凸出的弧形特征，可能与印度板块的北向运动相关。天山造山带的剧烈构造活动可能和印度板块与欧亚板块碰撞有密切联系。