近日，中國科學(xué)院海洋研究所研究員董冬冬團(tuán)隊與南方科技大學(xué)海洋科學(xué)與工程系海洋地球物理團(tuán)隊合作，利用地震學(xué)背景噪聲成像技術(shù)，在青藏高原東北緣及鄰區(qū)的地殼變形機(jī)制研究中取得重要進(jìn)展。研究成果發(fā)表在地球科學(xué)自然指數(shù)期刊《地球物理學(xué)研究雜志：大地》（Journal of Geophysical Research-Solid Earth）上。

青藏高原的隆起是新生代以來印度板塊與歐亞板塊持續(xù)碰撞的結(jié)果。關(guān)于青藏高原巖石圈形變的動力學(xué)機(jī)制，目前主要有分布式縮短模型、陸內(nèi)俯沖模型、地殼通道流模型等幾種端元模型。分布式縮短模型即巖石圈純剪切增厚；陸內(nèi)俯沖模型即亞洲巖石圈俯沖到印度巖石圈之下，巖石圈地幔與地殼解耦；地殼通道流模型即下地殼物質(zhì)的橫向運(yùn)動。青藏高原東北緣作為高原向華北塊體擴(kuò)張的前緣地帶，是研究高原隆升、向外擴(kuò)張生長的關(guān)鍵區(qū)域，而關(guān)于該區(qū)域的地殼形變模式一直存在較大爭議。因此，通過地震學(xué)成像手段構(gòu)建高分辨率的地殼精細(xì)結(jié)構(gòu)可以為認(rèn)識青藏東北緣地殼形變機(jī)制提供關(guān)鍵證據(jù)。

地震波方位各向異性是指地震波速度對傳播方位的依賴關(guān)系，是研究地殼（巖石圈）變形模式的重要手段。研究團(tuán)隊利用中國地震科學(xué)探測項目ChinArray II地震臺網(wǎng)記錄的三分量連續(xù)地震波形數(shù)據(jù)，發(fā)展了一種基于密集臺陣的背景噪聲成像方法——雙聚束成像，可同時提取相速度和方位各向異性信息。進(jìn)而構(gòu)建了青藏高原東北緣高分辨率地殼及上地幔剪切波速度結(jié)構(gòu)和方位各向異性模型。

研究結(jié)果顯示，松潘—甘孜東北部和祁連造山帶中下地殼具有明顯的低速異常，但具有不同的方位各向異性特征。其中，松潘-甘孜東北部的中下地殼Vs < 3.4 km/s，且具有較強(qiáng)的近E-W指向方位各向異性特征；而祁連造山帶下方的各向異性強(qiáng)度相對較弱，Vs約為3.4-3.6 km/s，高于松潘-甘孜中下地殼。這些觀測表明，兩者的中下地殼變形機(jī)制存在差異。

進(jìn)一步結(jié)合徑向各向異性、接收函數(shù)、熱力學(xué)模擬等區(qū)域其他地質(zhì)地球物理資料，研究團(tuán)隊認(rèn)為，青藏高原是呈階梯式擴(kuò)張模式，而松潘-甘孜東北部和祁連造山帶分別代表了高原發(fā)育的不同階段。其中，松潘-甘孜的隆起是與印度-歐亞板塊的碰撞同期的，代表了高原發(fā)育相對成熟的地帶，地殼變形主要受地殼通道流控制；而祁連造山帶是青藏高原擴(kuò)張的前緣地帶，其隆升代表了高原生長的早期階段，主要由地殼剪切增厚主導(dǎo)，但不排除其正處于地殼流發(fā)育的萌芽階段。

研究團(tuán)隊通過計算殼內(nèi)剪切波分裂延遲時間及快軸方向，并與觀測的SKS做對比，進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，在阿拉善塊體東部至鄂爾多斯地塊西邊界處存在殼幔解耦變形，而西秦嶺造山處伴隨造山活動殼幔發(fā)生垂直相干變形。

本研究為認(rèn)識青藏高原東北緣地殼變形機(jī)制、推斷青藏高原擴(kuò)張生長過程提供了重要的地震學(xué)觀測證據(jù)。

該研究得到國家自然科學(xué)基金資助。