图1

图2

青藏高原是地球上海拔最高、规模最大和时代最新的造山带，也是全球壳幔结构最为复杂、相互作用最为活跃的带域之一。探测青藏高原的地壳上地幔结构，揭示其内部构造和形变特征，是打开陆－陆碰撞过程奥秘的钥匙，也是理解青藏高原隆升机制与地球动力学过程的必然途径。

在地球物理学领域，地震波是地球内部信息的主要来源，面波层析成像在地壳上地幔结构和属性研究中占据着重要的地位。自20世纪60年代以来，在利用面波研究与青藏高原有关的地壳上地幔结构方面，尽管已有大量的文章发表，但由于受到资料的积累程度、反演方法和计算条件等多种因素的影响，在如下方面存在一定的制约：

（1）由于地震资料远不够丰富，导致地震射线覆盖密度、方位不均匀，在这种条件下，为了提高射线覆盖密度、改善射线覆盖在方位上的均匀性，就不得不扩大目标区和网格剖分的尺度。正因为如此，以往多数研究结果是以欧亚大陆甚至更大的区域为目标区，网格剖分尺度不小于40×40，射线路径对青藏高原本体的覆盖比例不足15％，难以适应高分辨率、高精度研究的要求；

（2）面波频散分析过程中，频散曲线会在不同程度上受到震源参数误差的影响，而在现有研究中未能进行定量的误差分析，从而难以评价解的精度；

（3）在已有的个别研究中，为了追求小尺度网格剖分从而提高横向分辨能力，而忽略了经典射线理论的适用前提，对于由此带来的衍射效应未能给予足够的重视。

地质地球所青藏高原研究室陈赟助理研究员及其合作者在系统收集青藏高原周边地区13个地震台站记录的1980年以来地震数据的基础上，通过提取瑞利波（Rayleigh Wave）和勒夫波（Love Wave）10～105s群速度频散（图1），进而反演研究区地壳上地幔的三维横波速度结构（图2）。通过系统分析和定量计算表明，该项研究所利用的地震射线平均路径长度约2000km，对青藏高原本体的覆盖比例达75％左右，横向分辨可达200 km左右；震源误差引起的频散误差与频散测量的系统误差接近，均值 ≤0.02 km/s；通过进一步的分析和论证，表明经典射线理论在本项研究中仍然是适用的，而基于目前资料的积累程度，更小尺度的网格划分是不现实的。

陈赟等人通过对所获得的层析成像研究结果的分析，取得了如下进展：

（一）青藏高原地壳上地幔结构具有如下特征：地壳速度较低，厚度较大（65~74km）；在地壳和地幔之间存在较厚的壳幔过渡带（最厚达30km）；地壳以下至~100km深度岩石圈的速度为4.1~4.5km/s，而岩石圈根的速度较高（4.6~4.7km/s, 拉萨块体北部和羌塘块体下方甚至达到4.8km/s）；岩石圈底界的深度基本维持在~140km左右，但拉萨块体下方最深达~180km左右；软流圈介于140km和220km深度之间，该低速通道的速度梯度为负，其速度低至4.2km/s。

（二）无论是从群速度图像，还是横波速度结构图像上（图1），都可以清晰地看到在青藏高原中下地壳深度层次上存在大尺度有规律的异常低速区（低速异常平均达~10％）。该低速区的存在说明关于青藏高原深部物质的流动是很可能存在的，而且，在流动方式上，向东并未超越青藏高原的东部边界，即在东南部以鲜水河断裂为界向南，在东北部以龙门山断裂为界向东北流动。

（三）青藏高原内部中下地壳低速层和较厚的壳幔过渡带的存在，为上地壳的变形和地幔运动之间的解耦提供了条件；同时，莫霍面形态与地表地形之间存在的似镜像对称关系为分析“高原内部壳幔变形强烈解耦，而周缘造山带下方壳幔形变强烈耦合”提供了线索，从而共同为“下地壳流”或“通道流”模型提供了地震学支持。

（四）在拉萨块体北部和羌塘块体下方，存在地盾式的高速上地幔（图2），这可能是印度板块向北俯冲的迹象，其前沿已经越过班公湖－怒江缝合带（BNS）并继续向北，甚至达到金沙江缝合带（JS）附近。

该项研究成果近期发表在国际SCI刊物Pure and Applied Geophysics（Chen et al. Love and Rayleigh Wave Tomography of the Qinghai-Tibet Plateau and surrounding Areas. Pure and Applied Geophysics, 2010, 167: 1171-1203）。

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