GJI:基于高分辨率P波速度结构的青藏高原东北缘及鄂尔多斯地块地壳变形研究
鄂尔多斯地块位于青藏高原东北缘,其内部并非完全稳定或均一,可能经历了构造变形,但其变形程度和机制尚未明确。研究其内部结构对于理解青藏高原的扩张机制及其对周边地块的影响具有重要意义。此外,作为华北克拉通的一部分,鄂尔多斯地块的稳定性和变形特征对克拉通演化研究也具有关键价值。
中国地震局地球物理研究所刘雅宁博士及其团队基于新的到时数据,采用双重网格双差层析成像方法(TomoDD),构建了青藏高原东北缘及鄂尔多斯地块的高分辨率P波速度模型。该方法通过分离速度初始模型和反演网格,能够更准确地描述研究区域的壳幔速度结构,显著提升了成像分辨率和可靠性。
研究结果显示,鄂尔多斯地块北部的P波速度变化较小,而南部则存在明显的局部低速异常和横向速度变化。结合鄂尔多斯地块内的地震活动和地壳厚度,推测其南部地壳因青藏高原东北缘的扩张和挤压作用而经历了不同程度的变形。
巴颜喀拉地块和西秦岭构造带的地壳中存在显著的低速结构,深度可达40公里,其下方的高速下地壳极为薄弱。推测随着青藏高原的扩展,该地区的早期地壳可能显著增厚,之后下地壳经历了榴辉岩化和剥离,导致该地区下地壳减薄甚至消失。
陇西地块和阿拉善地块南部的地壳中存在连续的低速层(LVL),总体上呈现出从青藏高原向北逐渐变薄的趋势。在高原北部的扩张和挤压过程中,脆性上地壳和韧性中下地壳之间可能发生了韧性剪切和不同程度的破坏。这种低速层的北界反映了青藏高原扩展的影响,超出了海原—天景山断裂带的作用范围。
图1. 不同深度的P波绝对速度分布。每张图的右下角显示了图层深度。灰色线表示断层。色标显示了不同深度的P波速度。BHB:巴颜喀拉地块;OB:鄂尔多斯地块;SB:四川盆地;ALB:阿拉善地块;YSOB:阴山造山带;QLOB:秦岭造山带;LLOB:吕梁造山带;YCB:银川盆地;HTB:河套盆地;SXR:山西裂谷。
图2. 青藏高原东北缘、鄂尔多斯地块及周边地区的地壳变形总结图。红色箭头表示陇西地块的向东运动。深红色虚线是从成像结果中推断出的青藏高原扩张的边界。黑色线条表示图中剖面的位置。其他缩写与图1一致。
本研究为理解青藏高原东北缘的构造演化和鄂尔多斯地块的稳定性提供了重要依据,有助于指导区域地震灾害预防和资源勘探工作。同时,对于评估和应对青藏高原扩张对周边地区的地质灾害风险具有重要的科学价值和社会意义。此外,该成果也为克拉通演化研究提供了新的理论支持,推动了地球科学相关领域的学术发展。
研究成果发表于学术期刊《Geophysical Journal International》(Yaning Liu, Jianping Wu, Yan Cai, Jing Liu, Weilai Wang, Wei Wang, Liping Fan, Crustal deformation shown by high-resolution P-wave velocity structures in the Ordos Block and northeastern Qinghai-Xizang Plateau. Geophysical Journal International, 240(2), 1124-1134, https://doi.org/10.1093/gji/ggae399)。研究受国家自然科学基金(41804062、42174117)和中国地震局地球物理研究所基本科研业务专项(DQJB18B11)共同资助。
【作者简介】
第一作者:刘雅宁,女,中国地震局地球物理研究所助理研究员,主要从事地震学和地球内部物理学等方面的研究工作。