-宣扬地学成果，传播勘查技术方法-
点击上方“覆盖区找矿”，关注更精彩！
华北克拉通中西部及周边地区瑞利面波相速度方位各向异性
钟世军1,2，吴建平1，司政亚1,2
1 中国地震局地球物理研究所
第一作者：钟世军，固体地球物理学专业博士研究生。
通讯作者：吴建平，研究员，博士生导师，主要从事地震学与地球内部物理研究。
基金项目：国家自然科学基金（42174117）和中国地震局地球物理研究所基本科研业务专项（DQJB23B22）资助。
0 引言
1 数据与方法
1.1 数据
1.2 方法
1.2.1 方位各向异性
1.2.2 质量控制
2 结果
2.1 相速度分布结果
2.2 方位各向异性分布结果
3 讨论
3.1 鄂尔多斯块体
3.2 鄂尔多斯块体周边区域
3.3 青藏高原东北缘
4 结论
0 引言
图1 研究区域构造背景图
地震各向异性存在于地球的不同圈层，是研究地球内部介质构造变形和动力学机制的有效方法之。地震学中研究壳幔介质各向异性的常用方法主要包括近震剪切波分裂、远震剪切波分裂、接收函数Pms震相横波分裂、体波走时和面波速度各向异性成像等。不同方法利用的地震波类型及传播特征差异决定了其深度约束范围，以及不同的空间分辨特征。近震剪切波分裂主要用来约束上地壳中从震源至接收台站路径上介质的各向异性，所得结果对区域应力场方向、构造带和断裂带走向比较敏感。远震剪切波分裂反映的是核幔边界至地面接收台站整个路径上各向异性的累积效应，其垂向分辨率较差，但具有较好的横向分辨率。接收函数Pms震相横波分裂反映地壳范围介质各向异性的综合效应。体波走时各向异性成像常用方法包括Pn波方位各向异性和P波各向异性成像，其中Pn波方位各向异性用于约束上地幔顶部附近介质的各向异性，具有较高的横向分辨率，P波各向异性能够得到射线覆盖区域三维空间的各向异性分布结果。与上述方法不同，基于面波的频散特性，不同周期的面波速度对不同深度范围的S波速度敏感程度存在差异，利用短周期几秒到长周期上百秒甚至几百秒周期的面波，可以约束从地壳浅部至上地幔不同深度范围介质的各向异性，但地震面波的垂向分辨率随着周期增加逐渐降低，其横向分辨率大多低于体波剪切波分裂。因此，针对不同的科学问题，往往需要选择不同的各向异性方法，或综合利用多种方法进行分析研究。
本文主要关注岩石圈深度范围的速度结构和构造变形特征，因此选择可以较好地反映三维各向异性特征的面波方法开展研究。前人在该区域开展了大量面波速度及各向异性的研究工作，对该区壳幔速度结构动力学成因、不同圈层变形机制及其耦合关系等进行了探讨，取得了许多有意义的研究成果。受限于研究方法和台站分布的制约，早期的各向异性研究结果分辨率较低，难以获得岩石圈深部变形的细节特征。随着台阵观测技术的迅速发展，适用于密集台阵的高分辨率成像技术应运而生。其中程函面波成像方法考虑了复杂介质中引起地震波传播路径发生弯曲的现象，通过测量地震面波传播的空间走时场，基于程函方程同时求解得到相速度大小及其传播方向信息。该方法同时适用于噪声面波和地震面波成像研究，对于台站分布相对均匀的密集台阵，其横向分辨率可与台站平均间距相当。考虑到噪声面波成像局限于中短周期（一般在40s周期以下），主要约束地壳至上地幔顶部深度范围，难以对更深处开展讨论，本研究选择利用远震面波观测资料来获得中长周期段的面波成像结果，从而对整个岩石圈深度范围提供约束。
本文将利用“中国科学台阵探测”项目二期和三期布置的密集流动台站以及部分区域固定台站的远震面波记录，采用程函面波成像方法得到14∽100s周期的高分辨率瑞利面波相速度方位各向异性分布图像，为研究区下方的壳幔结构和构造变形提供新的约束信息，并探讨该结果所揭示的深部动力学含义。
1.1 数据
本研究共搜集了1193个地震台站记录的远震面波数据，其中包括“中国科学台阵探测”项目二期的674个和三期的361个流动台站，以及中国区域地震台网中的158个固定台站(图2)。这是迄今为止在研究区域内最为密集的台站观测，平均台站间距约35km。研究中用到“中国科学台阵探测”项目二期数据的观测时段为2013年9月—2016年6月，三期数据的观测时段为2016年11月—2019年1月，固定台站数据的观测时段为2016年4月—2019年1月，总共搜集到2373个远震事件的面波垂直向记录。筛选出同时满足震中距在10°以上、震源深度在50km以内以及震级高于Ms5.0的地震事件，并对波形数据进行预处理，包括去均值、去倾斜、去仪器响应和数据重采样(降至1Hz)。最终挑选出1456个地震事件(图3)用于面波成像和方位各向异性研究。
图2 本研究所用地震台站分布
图3 研究中所用地震事件分布
Lin等(2009)首次提出程函面波成像方法，并将该方法应用于美国西部地区密集台阵的噪声成像研究中，得到了该区12∽24s周期高分辨率的面波相速度及其方位各向异性分布结果。之后，Lin和Ritzwoller(2011)又将该方法推广到天然地震面波成像研究中，大大拓宽了其适用的周期范围。Jin和Gaherty(2015)发展了基于多通道波形互相关技术的程函面波成像方法，首次将广义地震数据泛函分析方法应用于观测波形的互相关函数上提取频散参数，并开发了相应的面波相速度自动测量软件包。数据处理主要由相延迟测量、慢度向量反演和方位各向异性拟合三大部分组成。相延迟测量主要是通过应用五参数高斯小波函数来拟合邻近台站对观测记录的互相关波形，提取出台站对之间的面波频散参数(研究中用到相位延迟时间)。慢度向量反演的目标函数由两项组成，一项反映观测所得相延迟时间与预测值之间的失配值，另一项反映对慢度向量的光滑约束。这两部分的详细方法原理和技术细节参照Jin和Gaherty(2015)以及钟世军(2016)的文章。应用相延迟测量可快速构建出各独立事件面波相速度在台阵范围内传播所对应的二维空间走时场，然后再利用慢度向量反演方法得到相速度传播大小和方向信息。方位各向异性的求解基于弱各向异性介质的假设，利用相速度大小和传播方位角之间的依赖关系式拟合得到快波方向和快波强度。
1.2.1 方位各向异性
弱各向异性介质中面波传播速度与方位角之间存在一定依赖关系，各向异性主要由180°和90°周期成分构成，瑞利面波方位各向异性以180°周期成分占主导，研究中通常忽略其90°周期分量。因此，弱各向异性介质中瑞利面波相速度与其传播方位角之间的关系可近似表示为：
其中C(T)表示周期为T的面波传播速度，代表面波传播的方位角，Co(T)对应各向同性介质中的传播速度，A表示各向异性强度，φ(T)为快波传播方向。利用(1)式，综合慢度向量反演中所得各独立事件的相速度传播大小和方向结果，可依次拟合得到每个网格节点位置处的方位各向异性。
1.2.2 质量控制
为了得到可靠的台间相延迟测量结果，台站对距离上限设置为200km，波形一致性参数阈值设置为0.6。在得到台间相延迟时间后，我们还进行了时距曲线拟合(相延迟时间与台间距之间直线拟合)，并舍弃偏离时距曲线±0.2倍区间范围的测量值，该处理能够有效地剔除绝大部分误差较大的测量值，并确保慢度向量反演的稳健性。在慢度向量反演过程中，光滑权重需要根据不同周期的平均信噪比以及波长变化设置，同时还需考虑成像结果的误差分布和对地质构造的分辨能力。相速度加权平均计算过程中，确保每个网格节点不低于30个有效测量值，并且偏离初次迭代均值附近±2%区间的测量值不参与最终的加权平均计算。在方位各向异性拟合过程中，所得快波方向方位角误差控制在30°范围内。
本研究采用程函面波成像方法，获得了华北克拉通中西部和青藏高原东北缘地区14∽100s周期的瑞利面波相速度及其方位各向异性分布结果。我们给出了对应各周期的相速度误差（图4）、快波方向误差（图5）以及快波强度误差分布图像（图6）。图4显示，大部分区域在中短周期14∽40s相速度误差小于0.05km・s-1，在中长周期60∽100s相速度误差介于0.05∽0.10km・s-1之间。河套断陷带西部区域误差相对偏大，可能是受该区较厚的沉积层分布和剧烈的横向速度变化影响。图5显示，大部分区域的快波方向误差小于15°，并且大致呈现青藏高原东北缘地区误差水平总体低于华北克拉通中西部地区，可能与不同构造单元各向异性分布特征相关，还需进一步研究。图6显示，大部分区域在32s以下周期的快波强度误差低于0.15%，而32s以上周期误差低于0.20%。总体而言，本研究所得各周期面波相速度和方位各向异性结果可信度较高，可用于速度结构和构造变形解释。
图4 相速度误差分布
图5 快波方向误差分布
地震面波传播速度受纵波速度、横波速度和密度等介质参数的共同影响，但对横波速度最敏感。通常，不同周期的面波传播速度对不同深度的S波速度具有不同的敏感性。图7给出了多个构造区域的瑞利面波相速度对S波速度的敏感曲线。各构造区域所采用的平均一维速度模型参考噪声与地震面波联合反演所得的三维高分辨率S波速度模型，地壳厚度参考接收函数研究结果。图7所示，本研究所选周期段(14∽100s)的面波相速度主要反映上地幔200km深度范围的横波速度结构，短周期面波探测深度较浅，敏感曲线较窄，在深度方向上的分辨率较高，随着周期增加，其探测深度逐渐增大，敏感曲线逐渐变宽，分辨率逐渐降低。
短周期14s的相速度对地下20km以上深度范围的S波速度比较敏感，并且受浅层速度影响较大（图7）。该周期相速度分布结果（图8a）显示，除现今构造作用强烈的高原前缘年轻造山带区域为低速异常外，总体上在沉积层较厚的盆地区域为低速分布，而基岩出露的构造隆起或造山带区域为高速分布。
图中相速度大小用偏离其平均值(Vwg)的扰动百分数表示。
20∽40s周期的相速度（图8b—e）对15∽60km深度范围的S波速度比较敏感。鄂尔多斯块体内部逐渐呈现大范围显著高速异常，但其西南部区域显示高低速相间不均匀分布特征。山西断陷带北部大同火山区附近的低速异常逐渐增强，且在32s周期后与河套断陷东部低速异常区域相连，而在断陷带中南部太原盆地和运城盆地之间为高速分布，并与鄂尔多斯块体东部的高速异常区相连。青藏高原东北缘内部存在两个显著低速异常区，分别位于祁连造山带西部和松潘—甘孜块体东北部。阿拉善块体内部速度不均匀性较强，在32s周期以前主要以低速分布为主，而在32s周期以后逐渐转变为弱高速分布特征。
60∽100s周期的相速度（图8f—h）对研究区上地幔90∽200km深度范围的S波速度比较敏感。鄂尔多斯块体内部高速异常逐渐向中部和东南部区域收缩。山西断陷带北部大同火山区附近的显著低速异常范围逐渐向断陷盆地内部收缩，而断陷带中南部的高速异常范围逐渐向断陷盆地西侧区域收缩。青藏高原东北缘地区低速异常逐渐减弱，局部区域出现弱高速分布。阿拉善块体内部总体上显示弱高速分布特征。
14s周期（图8a），鄂尔多斯块体内部总体上显示弱各向异性，但其边界带区域快波强度有所增加，块体西部和西南部边界带快波方向为NNW-SSE或近NS向，而块体中东部区域快波方向为NE-SW或NEE-SWW向。山西断陷带、河套断陷带以及渭河断陷带内部快波方向均与构造走向一致。青藏高原东北缘地区显示较为一致的NWW-SEE向强方位各向异性分布特征。
20∽40s周期（图8b—e），鄂尔多斯块体内部中东部区域各向异性较弱，而其西南部区域各向异性明显增强，快波方向朝NWW-SEE向发生偏转，并与青藏高原东北缘地区保持较好的连续性。山西断陷带北部的显著低速异常区快波方向为近NS向，而中南部的高速异常区快波方向为近EW向。青藏高原东北缘地区快波方向保持较为一致的NWW-SEE向，快波强度明显增加。阿拉善块体内部快波方向与青藏高原东北缘地区具有较好的一致性，快波强度介于高原前缘区域与鄂尔多斯块体之间。
60∽100s周期（图8f—h），鄂尔多斯块体中东部高速区域快波方向为近EW向，且其快波强度明显弱于周边区域。沿鄂尔多斯块体西南缘、南缘至运城断陷以东太行山南部区域，快波方向呈现逆时针旋转特征。80s周期后，山西断陷带北部大同火山区附近快波方向偏转为NW-SE向，与河套断陷带和鄂尔多斯块体北部区域保持较好的一致性。青藏高原东北缘地区快波方向仍保持较为一致的NWW-SEE向。阿拉善块体内部快波强度仍介于青藏高原东北缘与鄂尔多斯块体之间，快波方向变化不明显，仍与高原前缘区域保持较好的一致性。
3 讨论
鄂尔多斯块体内部，14s周期相速度（主要反映上地壳深度范围）呈现西低东高的分布特征，与前人噪声成像所得地壳浅部的速度结构特征相似，同时与接收函数和人工地震测深的结果一致。在中生代时期，鄂尔多斯块体是一个大型拗陷盆地，经历过东西部差异运动，导致西部沉积厚、东部薄的特征。因此，我们认为该区相速度（14s）西低东高的分布特征与沉积层厚度西厚东薄相关。鄂尔多斯块体上地壳（14s）整体表现为弱各向异性，大部分地区的各向异性强度小于0.5%，但在西部边缘地区各向异性稍大，快波方向为近NS向，而在块体中东部区域快波方向为NE-SW或NEE-SWW向。上地壳各向异性主要由应力作用导致的大量微裂隙定向排列引起，断层分布和构造走向等因素也会对各向异性造成较大影响。地质研究显示，鄂尔多斯块体西部边界带存在近南北向展布的构造带，它与中生代时期燕山运动发育形成的推覆逆冲构造带，以及新生代时期受青藏高原东北缘隆升扩张影响下在鄂尔多斯块体西南缘形成的弧形构造带密切相关。多种资料研究显示，鄂尔多斯块体内部现今主压应力场方向为NE或NEE向，与其西南部区域受到青藏高原前缘强烈的NE向挤压扩张直接相关。我们推测，鄂尔多斯块体西部上地壳（14s）的快波方向主要由近南北走向的冲断褶皱带控制，而中东部区域的快波方向可能受现今NE或NEE向的区域主压应力场方向控制。
20∽40s周期（中下地壳和上地幔顶部深度范围），鄂尔多斯块体西部边界带构造走向以及断裂分布对各向异性的影响逐渐减弱，快波方向朝NWW-SEE方向发生不同程度的偏转，并且快波强度明显大于中东部显著高速区域。鄂尔多斯块体西南部边界带与青藏高原东北缘地区的各向异性，其分布具有较好的连续性，该特征已明显跨过六盘山逆冲推覆带向东延伸至块体内部108°E附近。在鄂尔多斯块体西南部边界带附近，相速度沿南北向呈现高低速相间的不均匀分布特征，速度值介于高原前缘区域与鄂尔多斯块体中东部区域之间，前人成像结果也得到类似分布特征。该区地壳厚度明显大于块体中东部区域，除西南边界六盘山逆冲推覆带附近存在局部增厚现象，总体上显示由高原前缘区域向块体中东部区域逐渐变薄的趋势。因此，我们认为鄂尔多斯块体西南部边界带下方地壳和上地幔顶部深度范围介质发生了较明显的构造变形，且高原扩张对块体西南部区域更大范围内造成了显著影响。远震剪切波分裂快波偏振方向也呈现类似分布特征，较大的快波延迟时间从高原前缘区域向东明显跨过构造边界延伸到了块体内部更大范围，但该方法难以限定各向异性的来源深度范围。60s周期后（岩石圈中下部和软流圈上部深度范围），鄂尔多斯块体西南部区域仍显示较强的各向异性，该区与边界带外围附近区域快波方向显示逆时针旋转分布特征。该周期段相速度仍介于高原前缘区域与鄂尔多斯块体中东部区域之间，并与前人所得速度结构分布特征一致。上述结果表明，青藏高原东北缘地区在向外扩张过程中对鄂尔多斯块体的影响并非终止于其西南部边界带，块体西南部岩石圈已发生较大程度的变形，该区早期稳定的克拉通岩石圈正逐渐被改造减弱。
在鄂尔多斯块体内部60∽100s周期的高速异常区附近，其20s以上周期的快波方向为近EW或NWW-SEE向，并且各向异性强度较弱，与远震剪切波分裂获得的快波方向和较弱的各向异性观测结果较为一致，表明该区岩石圈变形微弱。而块体西南部和北部区域各向异性强度较大，并且与块体内部高速异常区域的快波方向存在较大差异。其中西南部区域与高原前缘区域的快波方向连续一致，北部区域与相邻的河套断陷带和大同火山区附近快波方向一致。该结果揭示了这两个区域受到周边活动构造的影响较大，岩石圈介质发生了明显变形。已有的研究表明，鄂尔多斯块体内部岩石圈厚度存在明显差异，中东南部区域最厚，能达到160km，西南部区域约120∽130km，而北部边界带最薄处小于100km。通常认为，构造稳定区域的各向异性为最近一次大规模构造运动所遗留的“化石”各向异性。鄂尔多斯块体中东部区域存在最厚的岩石圈根，可能保留了最稳定的克拉通属性，该区较弱的各向异性表明岩石圈未经历明显的新生代变形改造。在高速区外围块体边界带区域存在相对较强的各向异性，意味着岩石圈在后期构造活动过程中已遭受了不同程度的构造变形。
14s周期的相速度分布较好地勾绘出了鄂尔多斯块体周边主要断陷盆地的空间展布，并大致反映了沉积层厚度的相对变化。该周期各向异性结果显示，河套断陷带内部快波方向随断陷带构造及主控断裂走向变化，其西缘NE-SW向的快波方向与临河盆地走向一致，中部区域为NWW-SEE或近EW向，至东部呼包断陷盆地逐渐偏转为NE-SW向。渭河断陷带内部快波方向为NE-SW或NEE-SWW向，也与断陷带构造和主控断裂走向一致。山西断陷带内部快波优势方向为NE-SW或NNE-SSW向，与断陷带及其两侧造山带隆起区构造走向一致，并与噪声成像的结果基本一致。而银川断陷带内部快波方向为近NS向，与断陷带构造走向存在一定差异。我们推测，河套、渭河以及山西断陷带内部上地壳各向异性快波方向主要由断陷带内部发育的微裂隙在伸展剪切作用下沿断陷带构造走向方向发生定向排列引起，而银川断陷上地壳快波方向可能受鄂尔多斯块体西缘近南北向展布的逆冲褶皱带影响较大。
山西断陷带北部区域不同周期的快波方向存在明显差异。在25∽60s周期，断陷盆地及其西侧邻近鄂尔多斯块体东北部边界带的快波方向为近NS向，而60s以上周期的快波方向转变为NW-SE向，与远震快波偏振方向接近。25∽60s周期的相速度分布揭示，鄂尔多斯块体下方高速异常的分布范围在东北部与块体边界带具有较好的一致性。在60s以上周期，受山西断陷带北部的低速异常体向鄂尔多斯内部扩展的影响，鄂尔多斯块体下方的高速异常体范围向内部收缩，其边界形态由浅部的近直角转变为弧形。新生代以来，鄂尔多斯东北部的大同火山曾发生过一系列玄武岩浆火山活动。地震学和大地电磁测深等研究揭示大同火山区周围地壳和上地幔存在显著的低速和高温异常，源自深部的热物质上涌对其上方和周缘的岩石圈造成了不同程度的减薄，其中山西断陷带北部附近岩石圈厚度仅有60∽80km，鄂尔多斯块体东北部岩石圈厚度为100∽120km。我们推测该区不同周期的各向异性快波方向差异与鄂尔多斯岩石圈的空间形态以及青藏高原远程挤压作用有关。在小于100km深度（小于60s周期），鄂尔多斯东北部保留原有的克拉通岩石圈，其北部边界与东部边界在东北部呈直角交汇，受青藏高原远程挤压作用，块体边界带及外侧相对软弱的地幔介质沿块体边界带发生伸展变形，在东部形成近南北向、北部近东西向各向异性快波方向。在100km深度之下（大于60s周期），随着鄂尔多斯东北部岩石圈分布范围向内部收缩，以及边界形态转变为近NW-SE向，在岩石圈沿东北向的挤压作用下，大同火山及周边区域软流圈沿NW-SE方向发生了显著的伸展变形，形成了较强的各向异性和NW-SE向的快波方向。
在山西断陷带中南部区域，20∽60s周期的相速度存在不同程度的高速异常，并与鄂尔多斯块体内部的高速异常相连，快波方向以近EW向为主，各向异性强度相对较弱。在80∽100s周期，高速异常明显减弱、范围逐渐缩小，部分区域出现低速异常，各向异性快波方向在弱高速区仍为近EW向，在南部的低速异常区各向异性转变为NE-SW向，在北部的低速异常区转变为NW-SE向，与远震剪切波分裂获得的各向异性结果基本一致。山西断陷带中南部区域存在与鄂尔多斯块体内部相似的高速、弱各向异性观测结果表明，该区岩石圈尚未遭受显著构造变形，仍保留了部分原有的克拉通岩石圈根，地表断陷盆地的形成并不是源自深部地幔的热作用结果。这与一些地质研究认为青藏高原东北缘快速隆升和向东构造挤出为山西构造带裂陷作用提供了区域伸展背景的认识基本一致。
鄂尔多斯块体南部边界带周缘区域在80∽100s周期段快波方向大致与块体边界带平行，西南缘为NWW-SEE向，渭河断陷盆地附近为近EW向，向东至运城盆地附近逐渐转变为NE-SW向，与远震剪切波分裂结果基本一致。一些研究认为，受到青藏高原东北缘推挤作用的影响，鄂尔多斯块体存在整体的逆时针旋转。秦岭造山带及其北侧渭河断陷带下方岩石圈厚度明显小于四川盆地北部和鄂尔多斯块体南部区域，青藏高原东北缘地区下方的塑性地幔物质可能沿该薄弱带区域向外挤出。我们认为，青藏高原东北缘地区在东向挤出过程中将会带动下伏软流圈物质运动，同时在受到鄂尔多斯块体南部和四川盆地北部区域较厚岩石圈的限制，以及鄂尔多斯块体整体的逆时针旋转作用下，在鄂尔多斯块体南部边界带薄弱区域形成软流圈物质的环形扰流，从而在该区观测到逆时针旋转的快波方向变化。
长期以来青藏高原的隆升变形机制一直是大陆动力学研究的核心问题之一，然而当前对该问题的认识还存在较大争议。其中岩石圈垂直连贯变形和中下地壳流模型代表了两种不同的壳幔介质变形模式。前者认为在造山过程中高原内部地壳和地幔介质变形连续一致，壳幔变形强烈地耦合在一起。后者则认为高原内部存在大范围联通的中下地壳低黏滞度塑性通道流，中下地壳通道流阻断了其上下层介质变形的连续性，从而导致壳幔变形解耦。青藏高原东北缘地区作为高原内部朝北东方向生长扩张的前缘位置，是研究高原隆升变形机制的关键区域之一。高分辨率的面波相速度方位各向异性结果将为介质变形提供较好约束，为认识该区壳幔变形模式提供重要依据。
20∽40s周期的面波观测结果主要反映中下地壳速度结构和各向异性特征。在青藏高原东北部及其边界带，该周期段的快波方向总体上与主要断裂带和构造边界带走向相一致，以NWW-SEE和NW-SE向为主。由于中下地壳富含云母和角闪石等各向异性矿物，介质变形可以导致这些矿物形成优势排列，进而产生地震波各向异性。Clark和Royden（2000）认为在青藏高原下方中下地壳存在广泛分布的塑性地壳流，并且在高原东部围绕四川盆地向东北和东南方向流动。中下地壳介质的流动可导致各向异性矿物沿流动方向形成优势排列，并产生地震波各向异性。我们的结果表明，在青藏高原东北缘地区下方地壳内部地震快波方向与中下地壳流模型所预测的北东向扩展的塑性流方向并不一致，甚至在大多数地区几乎相互垂直。该周期段相速度分布结果显示，松潘—甘孜块体东北部和祁连造山带西部这两个显著低速区被祁连造山带东部区域所阻隔，这与前人成像结果特征一致，表明青藏高原东北缘地区下方不存在与中下地壳流模型相对应的大范围相互联通的显著低速层结构。并且，该区地壳内部泊松比明显低于高原中部区域，除局部区域具有高泊松比（大于0.3），大部分区域显示中—低泊松比（小于0.26）分布特征，表明该区地壳内部不存在明显部分熔融，难以为中下地壳流的存在提供低黏滞系数的条件。因此，我们认为地壳流模型难以解释青藏高原东北缘地区地壳内部变形和地壳增厚现象。青藏高原东北缘地区在NNE或NE向区域构造应力作用下形成的一系列NWW-SEE和NW-SE向断裂带，以及沿构造走向发生的伸展变形，导致了中下地壳各向异性矿物的优势排列及NWW-SEE和NW-SE方向的各向异性。
青藏高原东北缘地区14∽100s周期段的快波方向变化不大，与前人所得Pms波横波分裂和远震剪切波分裂快波方向具有较好的一致性。该区在60s周期后低速异常逐渐减弱，但是仍明显低于周边稳定块体，表明其下方岩石圈上地幔和软流圈上部以低速结构为主，与前人所得速度结构特征一致。我们认为，青藏高原东北缘地区在受到高原隆升扩张的强烈作用下，其介质力学强度显著降低，整个岩石圈深度范围发生了较显著的构造变形，并且不同层位变形连续一致，支持在挤压作用下高原东北缘发生了垂向一致的连续变形。
祁连造山带北侧阿拉善块体，在整个周期段各向异性强度大致介于青藏高原东北缘和鄂尔多斯块体之间，并且快波方向与青藏高原东北缘连续一致。阿拉善块体内部速度不均匀性较强，14∽25s周期主要呈现低速分布特征，32s周期后显示弱高速分布为主，并存在一些局部低速异常，速度值介于青藏高原东北缘和鄂尔多斯块体之间，前人成像结果也存在类似特征。我们认为，青藏高原的隆升扩张对阿拉善块体产生了较大影响，该区岩石圈发生了一定程度的构造变形，其影响程度介于活动强烈的青藏高原东北缘和相对稳定的鄂尔多斯块体之间。
利用“中国科学台阵探测”项目二期和三期的密集流动台站以及区域固定台站的远震面波记录，采用程函面波成像方法，得到了华北克拉通中西部与青藏高原东北缘地区14∽100s周期的高分辨率瑞利面波方位各向异性分布图像，为研究区下方的精细壳幔结构和构造变形提供了新的约束。
鄂尔多斯块体内部在中长周期（20∽100s）显示大范围高速和弱各向异性分布特征，但在块体西南部各向异性明显增强，快波方向与青藏高原东北缘地区保持较好的连续性。我们认为，受青藏高原的影响，鄂尔多斯西南部岩石圈已发生明显变形，高原扩张对鄂尔多斯块体的影响超出了止于六盘山逆冲推覆带的传统认识。长周期(80∽100s)，高速范围逐渐向块体中部和东南部区域收缩，并且各向异性强度在高速区外围明显增强，揭示了边界带区域在后期构造活动过程中已遭受了不同程度的变形改造，岩石圈厚度发生了不均匀减薄。
山西断陷带北部大同火山区附近，20s以上周期表现为明显的低速异常，不同周期的各向异性存在明显的差异，推测该区在不同深度的各向异性差异与鄂尔多斯块体东北部岩石圈的空间形态以及青藏高原的远程挤压效应有关。山西断陷带中南部区域，在20∽60s周期显示高速和近EW向快波方向，与鄂尔多斯块体中东部高速区具有较好的连续性。我们认为，山西断陷带中南部区域岩石圈上部尚未遭受显著构造变形，仍部分保留稳定克拉通的高速特征。山西断陷带南北部相速度和各向异性的显著差异揭示了其动力学机制差异。
青藏高原东北缘地区，在整个周期段呈现较为一致的NWW-SEE向快波方向分布特征，相速分布结果表明该区岩石圈速度结构明显低于周边稳定块体。我们认为，该区在受到高原隆升扩张强烈作用下低速、低力学强度的岩石圈发生了显著的构造变形，且壳幔介质变形连续一致，该结果支持在挤压作用下高原东北缘地区发生了垂向一致的连续变形。
致谢 感谢中国地震局地球物理研究所“中国地震科学探测台阵数据中心”为本研究提供高质量地震波形数据。
原文来源：钟世军，吴建平，司政亚. 2024. 华北克拉通中西部及周边地区瑞利面波相速度方位各向异性.地球物理学报，67(8)：2926-2945，doi：10.6038/cjg2023Q0869
封面标题：导读评论和排版整理等：《覆盖区找矿》公众号.
推荐读者下载、阅读和引用原文！
