青藏高原是世界上最壯觀、最年輕的造山帶之一，也是研究大陸碰撞、構(gòu)造運(yùn)動(dòng)和區(qū)域地球動(dòng)力學(xué)的理想場(chǎng)所。從古生代到新生代，青藏高原經(jīng)歷了多期次強(qiáng)烈的巖漿活動(dòng)。雖然多數(shù)研究認(rèn)為它們與地幔上涌有關(guān)，但對(duì)其起源和相應(yīng)的地球動(dòng)力學(xué)機(jī)制仍存在爭(zhēng)議。主要原因是缺乏高分辨率的地幔過(guò)渡帶速度結(jié)構(gòu)模型。三重震相波形擬合方法可以同時(shí)揭示地幔過(guò)渡帶速度結(jié)構(gòu)和間斷面起伏形態(tài)，進(jìn)而對(duì)研究區(qū)域的地球動(dòng)力學(xué)過(guò)程提供重要約束。

中國(guó)地震局地球物理研究所呂苗苗助理研究員等基于中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)固定臺(tái)站數(shù)據(jù)（圖1），利用P波三重震相波形擬合技術(shù)構(gòu)建了青藏高原中部地幔過(guò)渡帶P波速度結(jié)構(gòu)模型（圖2）。采用多參數(shù)網(wǎng)格搜索和互相關(guān)技術(shù)，對(duì)波形擬合程度提供了定量評(píng)價(jià)，并利用多事件驗(yàn)證了結(jié)果的可靠性和穩(wěn)定性?；?/span>新獲取的最佳擬合模型估算了地幔過(guò)渡帶底部的溫度異常和含水量。最后，本研究提出一個(gè)新的地幔上涌動(dòng)力學(xué)模型（圖3）來(lái)解釋羌塘和松潘-甘孜地體新生代巖漿活動(dòng)和火山噴發(fā)。

研究結(jié)果表明：（1）與IASP91模型相比，研究區(qū)域660km間斷面下沉約17-28 km。660km間斷面最深處出現(xiàn)在羌塘和松潘-甘孜地體之下。此外，地幔過(guò)渡帶底部表現(xiàn)出0.3%-0.9%的P波速度正異常。660km間斷面深度與溫度和含水量分別呈正相關(guān)和負(fù)相關(guān)。研究表明，660km間斷面的連續(xù)凹陷和高速異常主要與過(guò)渡帶溫度較低的含水物質(zhì)有關(guān)。（2）410km間斷面下沉約6-15 km，其頂部探測(cè)到明顯的低速層。低速層厚度約為31-40 km，表現(xiàn)為1.6%-2.5%的P波速度負(fù)異常。410km間斷面深度與溫度和含水量相獨(dú)立。分析可知，溫度和物質(zhì)成分都對(duì)該低速層的起源有影響。（3）熱的軟流圈物質(zhì)的部分熔融所引發(fā)的地幔上涌侵入并削弱了上覆巖石圈，最終導(dǎo)致青藏高原中部地區(qū)新生代巖漿活動(dòng)和火山噴發(fā)。

圖1 事件（沙灘球）、臺(tái)站（綠色三角）和相應(yīng)的轉(zhuǎn)換點(diǎn)（紅-白-藍(lán)色圓點(diǎn)）分布圖

圖2  研究區(qū)域地形圖及地幔過(guò)渡帶P波速度結(jié)構(gòu)切片圖

圖3  (a)青藏高原構(gòu)造演化模型示意圖；(b)青藏高原地幔上涌動(dòng)力學(xué)模型圖

該研究的創(chuàng)新點(diǎn)體現(xiàn)在：（1）技術(shù)方面，采用多參數(shù)網(wǎng)格搜索和互相關(guān)技術(shù)，降低了波形擬合評(píng)價(jià)的主觀性、提高了最佳擬合模型的準(zhǔn)確性和可靠性。（2）認(rèn)識(shí)方面，研究區(qū)域410km間斷面頂部的低速層并不能簡(jiǎn)單地歸因于溫度的主導(dǎo)作用，溫度和物質(zhì)分成都有助于該低速層的形成。此外，本研究提出了一個(gè)新的地幔上涌動(dòng)力學(xué)模型，熱的軟流圈物質(zhì)部分熔融所引發(fā)的地幔上涌侵入并削弱了上覆巖石圈，最終導(dǎo)致羌塘和松潘-甘孜地體新生代強(qiáng)烈的巖漿活動(dòng)和火山噴發(fā)。

研究構(gòu)建了青藏高原中部地幔過(guò)渡帶P波速度結(jié)構(gòu)模型，并進(jìn)一步揭示出該區(qū)域過(guò)渡帶頂部低速層的起源和地幔上涌對(duì)巖漿活動(dòng)和火山活動(dòng)的影響。預(yù)期能夠為青藏高原的地球動(dòng)力學(xué)及巖漿成礦作用等研究提供科學(xué)依據(jù)。成果2024年發(fā)表于學(xué)術(shù)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?chē)?guó)家自然科學(xué)基金41904093和42274130項(xiàng)目共同資助。

【作者簡(jiǎn)介】

呂苗苗，博士，中國(guó)地震局地球物理研究所助理研究員，主要從事地球內(nèi)部深部速度結(jié)構(gòu)成像，反演新方法及應(yīng)用研究等工作。

聯(lián)系方式：miaomiaolv@cea-igp.ac.cn