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      地質地球所揭示興蒙造山帶的巖石圈結構特征

      2022-06-17 地質與地球物理研究所
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        位于中亞造山帶東段的興蒙造山帶由多陸塊碰撞拼貼而成(圖1),自晚古生代至新生代先后受到古亞洲洋、蒙古-鄂霍茨克洋和太平洋三大構造域多重疊加與改造作用,致使興蒙造山帶的大地構造形跡復雜,是研究殼幔構造演化變形的理想區域之一。關于古太平洋俯沖對興蒙造山帶殼幔變形的影響范圍,一直存在爭論。興蒙造山帶曾被認為是古亞洲洋閉合所導致的多塊體拼合產物,因此排除了與古太平洋板塊俯沖相關的構造事件的影響。然而,越來越多地質學和地球化學的研究表明:古太平洋板塊的西向俯沖在興蒙造山帶的構造演化中發揮了重要作用,其空間影響范圍可能到達松遼盆地以西、南北重力梯度帶或南北重力梯度帶以西,具體時空影響范圍仍然存在爭議?! ?/div>

        為深入了解興蒙造山帶的構造演化和巖石圈變形特征,中國科學院地質與地球物理研究所研究人員基于興蒙造山帶南部寬頻帶流動地震臺陣(吉林琿春-內蒙二連浩特剖面,全長約2000 km)和區域固定臺網的地震波形數據,采用S波和P波接收函數波動方程疊后偏移成像方法對巖石圈界面進行成像研究(圖2)。S波和P波接收函數成像結果均表明興蒙造山帶的巖石圈結構存在明顯的非均勻性,研究區的地殼和巖石圈整體呈現出“中間薄兩邊厚”的趨勢:即西部的大興安嶺和二連盆地下方地殼及巖石圈最厚,分別可以達到30-42 km和100-130 km;東部的長白山山區次之,地殼及巖石圈厚度分別為30-35 km和80-110 km;中部的松遼盆地地殼及巖石圈最薄,約為23-34 km和75-90 km。此外,地殼及巖石圈厚度在郯廬斷裂帶附近存在明顯變化,表明郯廬斷裂帶可能是深部熱物質上涌或遷移的主要通道。S波接收函數偏移圖像(圖2b)顯示,在南北重力梯度帶以西約75-100 km深度處出現另一組清晰、穩定的負信號,可能代表巖石圈地幔內部界面MLD(即中巖石圈不連續面),這一界面與南北重力梯度帶以東的巖石圈-軟流圈界面LAB大致位于同一深度。通過綜合分析和區域對比推測,MLD觀測反映現今南北重力梯度帶以西的巖石圈地幔內部存在一個(相對)力學薄弱層,早期可能也存在于南北重力梯度帶以東區域,并在古太平洋和現今太平洋板塊俯沖的改造作用下導致巖石圈減薄至現今的厚度。

        將該研究的接收函數偏移成像結果與同一測線下方的接收函數H-κ疊加搜索結果SKS各向異性結果相結合(圖3),展現出南北重力梯度帶兩側的巖石圈結構(Moho面、LABMLD界面深度)和變形(SKS快波優勢方向)存在明顯差異。南北重力梯度帶東側的SKS快波優勢方向與太平洋板塊俯沖和歐亞板塊運動方向基本一致,而其西側的快波優勢方向發生顯著偏轉,反映顯著不同的地幔變形特征。綜合分析認為,南北重力梯度帶是研究區重要的深部結構變化帶,(古)太平洋板塊俯沖控制作用的西邊界到達南北重力梯度帶附近。 

        研究成果發表在Geophysical Research Letters上。研究工作獲得國家自然科學基金項目和中科院戰略性先導科技專項(B類)的資助。 

        論文鏈接 

        圖1 興蒙造山帶構造劃分、本研究使用的地震臺站分布及接收函數Ps 和Sp穿透點位置分布圖。左上角插圖為大區域構造簡圖;PPM—太平洋板塊的絕對運動方向;APM—歐亞板塊的絕對運動方向;NSGL—南北重力梯度帶;YYF—依蘭-伊通斷裂;DMF—敦化-密山斷裂;NCC—華北克拉通

        圖2 研究區地形(a、c)、剖面SS′和PP′對應的S波接收函數(b)和P波接收函數(d)偏移圖像(剖面位置見圖1)。藍色和紫色的折線分別代表80 km和140 km深度處網格內參與疊加的接收函數數量;綠色、白色和紫色圓點分別代表Moho面(地殼與上地幔的分界面)、LAB和MLD界面

      圖3 多種地震學觀測結果綜合分析對比圖

      打印 責任編輯:江澄

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