秦嶺造山帶是連接華北克拉通、揚子克拉通和青藏高原東北緣的交匯地帶，地處青藏高原的東向擠出和太平洋板塊的西向俯沖共同作用的關(guān)鍵位置。關(guān)于這兩個主要驅(qū)動力如何推動秦嶺造山帶及周邊地區(qū)的地球動力學(xué)演化，科學(xué)界一直存在爭議。人們提出了一些具體的機(jī)制，如下地殼通道流、地殼縮短和大地幔構(gòu)造楔等。地震波三維精細(xì)速度模型的構(gòu)建有助于理解這兩種驅(qū)動力是如何影響該區(qū)域的構(gòu)造，以及檢驗已提出的模型、機(jī)制的適用性等問題。

中國地震局地球物理研究所的楊婷和意大利國家地球物理與火山研究所的Stephen Monna等人開展合作研究，基于研究區(qū)大量寬頻帶地震儀記錄到的高質(zhì)量數(shù)據(jù)，采用有限差分走時層析成像方法，獲得了秦嶺及周邊地區(qū)地殼和上地幔頂部高分辨率三維P波速度模型（圖1）。

速度模型表明，地殼通道流不可能存在于整個秦嶺造山帶下方，印度板塊與歐亞板塊的碰撞產(chǎn)生的水平壓應(yīng)力對局部低速軟弱帶的擠壓變形，可能是導(dǎo)致青藏高原東北緣隆升的主要機(jī)制。東秦嶺和西秦嶺下方的地震波速度的明顯差異，反映了青藏高原東向擠出作用可能對東、西秦嶺的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了不同影響。此外，模型還指出東秦嶺和渭河地塹的結(jié)構(gòu)特征相對穩(wěn)定，而鄂爾多斯高原西南緣和東南緣上地幔頂部的低速異常，表明鄂爾多斯高原南緣的巖石圈可能正在經(jīng)歷破壞（圖2）。

圖1 沿不同經(jīng)緯度的P波速度剖面圖。白色粗虛線代表莫霍面。右下角的插圖顯示了剖面的位置

圖2 鄂爾多斯高原西南緣和東南緣遭受破壞的示意圖

本研究在初始模型中引入了最新的、獨立的Moho界面數(shù)據(jù)；在有限差分正演計算中引入改進(jìn)后的走時計算算子，解決了走時計算中互易性的問題；得出東秦嶺和西秦嶺對青藏高原東向擠出作用不同響應(yīng)的新認(rèn)識；給出了青藏高原東向擠出和太平洋板塊西向俯沖對研究區(qū)作用的構(gòu)造模式。研究成果有助于更深入認(rèn)識青藏高原的東向擠出和太平洋板塊的西向俯沖這兩種驅(qū)動力對中國大陸中部區(qū)域的作用。

研究成果2022年發(fā)表于學(xué)術(shù)期刊《Tectonophysics》（Ting Yang*, Stephen Monna, Lihua Fang. 2022. Seismic imaging of the crust and uppermost mantle structure in the Qinling orogenic belt and its surroundings: geodynamic implications. Tectonophysics, 843, 229619. https://doi.org/10.1016/j.tecto.2022.229619），受國家自然科學(xué)基金項目(U2139205, 42004069, 41774102)和中國地震局地球物理研究所基本科研業(yè)務(wù)費專項項目(DQJB19B19)項目共同資助。

【作者簡介】

楊婷，女，助理研究員，主要從事深部結(jié)構(gòu)成像和地震精定位研究。Email: yangting@cea-igp.ac.cn