国家地震科技创新工程“透明地壳”计划亮点科技产品—— 高精度地球物理公共速度模型
高精度的地球物理公共速度模型,是开展地球动力学研究、提升地震监测能力的重要基础,也是国家地震科技创新工程“透明地壳”计划的重要科学产品。近年来,在国家地震科技创新工程总体部署下,依托中国地震科学台阵探测系列项目、国家重点研发计划项目等,“透明地壳”计划牵头单位中国地震局地球物理研究所不断推进高精度地球物理公共速度模型研发。
现就有关成果进行系列化介绍,本期重点介绍“中国大陆及邻区地壳厚度分布模型”、“东亚地区面波群速度模型”和“青藏高原东缘远震XKS波分裂特征模型”。
一、中国大陆及邻区地壳厚度分布模型
地壳厚度是地球演化与动力学、重力补偿与模拟及地震波成像等研究必不可少的基础参数。中国地震局地球物理研究所李永华研究员团队,通过收集和编辑近2000个地震台站下方的接收函数研究结果(图1),编制了最新的中国大陆及邻区地壳厚度图(图2)。新的地壳厚度图包含了近20年来绝大多数接收函数研究结果,较已有地壳模型具有更多、更为均一的测点。该模型揭示了中大陆的地壳厚度横向变化,其中中国东部地区地壳最?。?/span>~30km), 青藏高原最厚(~80km),稳定克拉通和部分造山带地区具有正常到略厚的地壳(38-51km)。本研究也对已有地壳厚度模型的可靠性进行了评估。对比研究显示,不同方法得到的地壳厚度分布在测点覆盖较好的中国东部多数地区具有相似的特征,但在地壳结构复杂的青藏高原及其周缘地区,地壳厚度具有较大差异(高达±25km)。相关结果为不仅为认识中国大陆地壳形成演化提供了依据,也为科研人员开展地震成像、地震模拟等研究提供了基础参数。该结果被国内外同行广泛关注,截止到目前已被国内外同行引用200余次。
图1中国大陆地区地震台站接收函数地壳厚度
图2 中国大陆地区地壳厚度分布图
二、东亚地区上地幔地震速度模型
东亚大陆是由众多微陆块及其间的褶皱带或造山带组合,经长期演化而形成的复合大陆。受太平洋板块、欧亚板块、菲律宾板块及印度板块的相互作用与影响,中新生代以来东亚地区表现出复杂的构造特征。上述地震过程导致了复杂的壳幔结构,探测研究区的壳幔结构,将对认识和理解该区的地质演化和可能地球动力学模式提供重要的深部约束。中国地震局地球物理研究所李永华研究员团队,利用中国及周边地区固定台站的波形记录,采用面波方法构建了高分辨(横向分辨率~200 km)的东亚3D地震S波速度模型(图3)。结果表明,塔里木盆地、鄂尔多斯、扬子克拉通西部等构造上稳定块体下方的地幔表现为高速异常,其岩石圈厚度介于 120~160km;中国东部具有低速的上地幔特征,暗示中国东部大部分都发生了岩石圈减?。荒P?/span>揭示了西藏南、北缘下两个俯冲相对的大陆板块。图像还揭示出贝加尔湖西南存在明显的地幔低速异常,可能是贝加尔湖形成的深部动力源。相关结果不仅为中国大陆精细结构探测提供了重要的研究基础,也为开展地球动力学数值模拟研究提供了基础参数。该结果被国内外同行广泛关注,截止到目前已被引用160余次。
图3 东亚大陆上地幔S波速度分布
三、青藏高原东缘远震XKS波分裂特征模型
中国地震局地球物理研究所常利军研究员团队,基于中国地震科学探测台阵(ChinArray)和区域地震台网,以及其它科研项目的地震观测台阵共1800余个宽频带固定和流动地震台记录的远震SKS波形数据,通过横波分裂测量,构建了“青藏高原东缘远震横波分裂特征模型”。该模型采用最小切向能量法和“叠加”分析获得了各测点的各向异性参数(快波方向和时间延迟),绘制了青藏高原东缘高分辨率(~30km)的上地幔各向异性图像(图4)。该模型结果显示了构造稳定的鄂尔多斯块体和四川盆地相对于其周缘和青藏东缘具有弱各向异性(平均时间延时约0.6 s)的变形特征,可能保留了古老克拉通的“化石”各向异性;而构造活跃的青藏高原东缘的各向异性较强(平均时间延迟约1.2 s),其深浅变形一致,符合岩石圈垂直连贯变形模式,并且由于受到板块驱动作用,在秦岭造山带和云南南部岩石圈下分别产生了东向和东南向的软流圈地幔流,反映了印度-欧亚板块陆陆碰撞导致了青藏高原的不断隆升和向外扩展,物质向东和南逃逸。
图4 青藏高原东缘上地幔各向异性图像(左图为各台站XKS波分裂测量结果,其中红色为流动台站结果,绿色为固定台站结果,右图为快、慢波时间延迟分布。)