青藏高原是世界上最壮观、最年轻的造山带之一，也是研究大陆碰撞、构造运动和区域地球动力学的理想场所。从古生代到新生代，青藏高原经历了多期次强烈的岩浆活动。虽然多数研究认为它们与地幔上涌有关，但对其起源和相应的地球动力学机制仍存在争议。主要原因是缺乏高分辨率的地幔过渡带速度结构模型。三重震相波形拟合方法可以同时揭示地幔过渡带速度结构和间断面起伏形态，进而对研究区域的地球动力学过程提供重要约束。
中国地震局地球物理研究所吕苗苗副研究员等基于中国地震台网固定台站数据（图1），利用P波三重震相波形拟合技术构建了青藏高原中部地幔过渡带P波速度结构模型（图2）。采用多参数网格搜索和互相关技术，对波形拟合程度提供了定量评价，并利用多事件验证了结果的可靠性和稳定性。基于新获取的最佳拟合模型估算了地幔过渡带底部的温度异常和含水量。最后，本研究提出一个新的地幔上涌动力学模型（图3）来解释羌塘和松潘-甘孜地体新生代岩浆活动和火山喷发。
研究结果表明：（1）与IASP91模型相比，研究区域660km间断面下沉约17-28 km。660km间断面最深处出现在羌塘和松潘-甘孜地体之下。此外，地幔过渡带底部表现出0.3%-0.9%的P波速度正异常。660km间断面深度与温度和含水量分别呈正相关和负相关。研究表明，660km间断面的连续凹陷和高速异常主要与过渡带温度较低的含水物质有关。（2）410km间断面下沉约6-15 km，其顶部探测到明显的低速层。低速层厚度约为31-40 km，表现为1.6%-2.5%的P波速度负异常。410km间断面深度与温度和含水量相独立。分析可知，温度和物质成分都对该低速层的起源有影响。（3）热的软流圈物质的部分熔融所引发的地幔上涌侵入并削弱了上覆岩石圈，最终导致青藏高原中部地区新生代岩浆活动和火山喷发。
图1 事件（沙滩球）、台站（绿色三角）和相应的转换点（红-白-蓝色圆点）分布图
图2 研究区域地形图及地幔过渡带P波速度结构切片图
图3 (a)青藏高原构造演化模型示意图；(b)青藏高原地幔上涌动力学模型图
该研究的创新点体现在：（1）技术方面，采用多参数网格搜索和互相关技术，降低了波形拟合评价的主观性、提高了最佳拟合模型的准确性和可靠性。（2）认识方面，研究区域410km间断面顶部的低速层并不能简单地归因于温度的主导作用，温度和物质分成都有助于该低速层的形成。此外，本研究提出了一个新的地幔上涌动力学模型，热的软流圈物质部分熔融所引发的地幔上涌侵入并削弱了上覆岩石圈，最终导致羌塘和松潘-甘孜地体新生代强烈的岩浆活动和火山喷发。
研究构建了青藏高原中部地幔过渡带P波速度结构模型，并进一步揭示出该区域过渡带顶部低速层的起源和地幔上涌对岩浆活动和火山活动的影响。预期能够为青藏高原的地球动力学及岩浆成矿作用等研究提供科学依据。成果2024年发表于学术期刊《Tectonophysics》（Miaomiao Lv, Xiaoming Xu and Zhifeng Ding, The structure of the mantle transition zone and its implications for mantle upwelling beneath the central Tibetan plateau from triplicated P-waveforms modeling, Tectonophysics, 872, https://doi.org/10.1016/j.tecto.2024.230209），受国家自然科学基金41904093和42274130项目共同资助。
【作者简介】
吕苗苗，博士，中国地震局地球物理研究所助理研究员，主要从事地球内部深部速度结构成像，反演新方法及应用研究等工作。
联系方式：miaomiaolv@cea-igp.ac.cn
