青藏高原东北缘存在地壳流?

印度-亚欧板块碰撞导致的青藏高原隆升,是新生代以来最重大的地质事件之一,产生了广泛的影响。这一过程塑造了“世界屋脊”的壮丽地貌,改变了亚洲的环境,影响了生物多样性的演化。然而青藏高原的隆升变形机制尚不完全清楚。青藏高原的变形是复杂的,可能存在区域的变化。青藏高原东北缘是青藏高原扩张的前沿地带,是研究高原扩张与周边块体相互作用的重要场所。

地震波在地球内部传播,携带了地球内部结构的信息。地震波速度各向异性是地震波的传播速度随传播方向变化的性质。随着地壳的构造变形,可能产生微小裂隙结构或矿物的定向排列,这些定向结构会产生地震波各向异性,其方向与构造变形的方向有关。因此,利用地震波各向异性可以为地球内部构造变形过程提供直接约束。青藏高原东北缘的构造变形过程尚存在争议,有多种可能的模型,这些不同的模型可以产生不同的各向异性结构。因此通过计算三维各向异性模型,可以分辨青藏高原东北缘的构造变形过程。

本工作基于中国地震科学探测台阵计划的地震数据,使用Rayleigh波程函方程成像方法,计算了青藏高原东北缘三维剪切波速度和各向异性模型,并基于得到的模型,获得了青藏高原东北缘的构造变形的新认识:青藏高原东北缘下地壳存在与高原地形梯度平行的各向异性。地壳流模型是解释青藏高原隆升的一个重要理论,认为青藏高原的下地壳受到高程差导致的压强差驱动,发生从高原内部向高原边缘的塑性流动。本研究的观测与地壳流模型的预测一致,表明在青藏高原东北缘下地壳可能发育地壳流。

青藏高原东北缘存在地壳流?
青藏高原东北缘地壳横波速度与方位各向异性

此外,在青藏高原边缘存在平行于高原边缘的各向异性。青藏高原在向周围扩张,而青藏高原东北缘周边存在较为稳定的块体,如华北克拉通。这些稳定块体可以阻挡青藏高原的扩张,并发生方向平行于高原边缘的纯剪变形,实现地壳增厚。本工作观测到的平行于高原边缘的各向异性确认此处地壳流被周边块体阻挡,并发生纯剪变形。

参考:Hao, Shijie, et al. “Layered crustal azimuthal anisotropy beneath the northeastern Tibetan Plateau revealed by Rayleigh-wave Eikonal tomography.” Earth and Planetary Science Letters 563 (2021): 116891. https://doi.org/10.1016/j.epsl.2021.116891

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