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地質地球所獲得對大陸岩石圈深俯衝與中源地震活動的認識

特提斯造山帶橫貫歐亞大陸, 沿造山帶走向發育著不同階段、不同類型的典型地質過程, 其完整性和典型性使它成為認識大洋消減-大陸碰撞全過程以及發展和完善板塊構造理論的最佳天然實驗室。 作為特提斯造山帶的重要組成部分, 帕米爾-興都庫什造山帶位於伊朗高原與青藏高原的過渡部位, 經歷了更為強烈的擠壓縮短作用, 其周緣發育大規模逆沖-走滑構造、內部出露大面積變質岩穹窿, 地震活動強烈, 尤其是深部發育獨特的陸內中源地震帶(深達300 km)。 全球中深源地震活動主要分佈於環太平洋地震帶,

與大洋岩石圈俯衝直接相關(對應經典板塊構造理論中的和達-貝尼奧夫帶)。 然而, 陸-陸碰撞過程為何也會伴隨中源地震發生, 且同為成熟的陸-陸碰撞造山帶, 為何帕米爾-興都庫什高原下方集中發育中源地震, 而鄰近的青藏高原主體下方卻鮮有中源地震發生?對於上述系列問題的研究, 可為認識大陸岩石圈特性、深俯衝過程及動力效應等重要地球科學問題提供關鍵線索。

中國科學院地質與地球物理研究所岩石圈演化國家重點實驗室殼幔結構探測學科組博士生李瑋和導師陳贇等人, 合作開展帕米爾高原面波層析成像和應力場反演研究工作(圖1), 揭示了中源地震分佈與介質結構、應力場特徵之間的關係(圖2),

並獲得以下重要認識:

(1)帕米爾中源地震帶(70-180 km深度)區別於其它典型地區的重要特徵是位於地震波低速區內, 意味著歐亞大陸下地殼參與了岩石圈地幔深俯衝, 且下地殼參與俯衝的最大深度小於180 km;

(2)大陸下地殼是否參與岩石圈地幔深俯衝, 對陸內中源地震的形成具有決定性作用;

(3)下地殼物質的高壓變質反應導致了帕米爾中源地震的發生;而岩石圈地幔的頸縮拆沉, 導致了興都庫什深部中源地震(180-300 km深度)的發生。

以上研究成果近期發表於國際地學期刊Earth and Planetary Science Letters(Li et al. Continental lithospheric subduction and intermediate-depth seismicity: Constraints from S-wave velocity structures in the Pamir and Hindu Kush. Earth and Planetary Science Letters, 2018, 482: 478-489)。

圖1:研究區地質構造、中源地震和地震台站位置分佈圖

圖2:帕米爾-興都庫什深部介質結構與應力場特徵(ILVZ對應殼內低速層, SLVZ對應上地幔低速層)

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