青藏高原地壳变形复杂,是研究陆陆碰撞作用下岩石圈变形的理想场所。通过研究该地区的形变,对理解青藏高原隆升机制至关重要。
戴艺欣同学自大二开始进入成都理工大学地球物理学院梁春涛研究团队,开展应用波场梯度法(Wave Gradiometry Method)构建青藏高原东北缘三维方位各向异性S波速度模型(图1)的科学研究。其成果揭示了青藏高原东北缘形变模式(图2)。研究发现祁连块体和巴颜喀拉块体在25 ~ 40 km深度处存在相对弱的低速层,且地壳和地幔各向异性快波方向解耦。也就是说中下地壳快波方向大致与青藏高原向外扩张方向垂直,平行于区域深大断裂走向,体现中下地壳各向异性可能主要与地壳强剪切变形有关;而岩石圈地幔各向异性与青藏高原向外扩张方向平行,体现了北东-南西向挤压应力作用下地幔橄榄石晶格的定向排列。论文推断,青藏高原东北缘以地壳横向缩短导致纵向增厚为主要的隆升机制。

图1 20 km(a)、40 km (b)、60 km (c)、90 km (d)深度S波速度图和方位各向异性图。黑条的方向为快波方向;黑条的长度表示各向异性的大小;白线是块体边界;灰线表示主要断层;粗灰色虚线表示海拔2500米的地形等高线。红色箭头表示GPS速度方向。

图二 青藏高原东北缘地壳与岩石圈地幔解耦FPDs三维模型。灰线表示断层。紫色箭头表示不同区域的快波方向。绿色杏仁状体代表了断层周围的形状优选方向。粉红色杏仁状体和紫色杏仁状体分别代表下地壳和上地幔矿物的定向排列。红色箭头表示假定的地幔运动方向。地幔快波方向大致平行于地幔运动方向或青藏高原向北东向的扩张方向一致,而地壳各向异性主要平行于深大断裂,体现地壳以剪切形变为主。
以上成果发表在地球科学自然指数(Nature Index)权威期刊《地球与行星科学快报》(Earth and Planetary Science Letters)上。论文的第一作者为成都理工大学地球物理学院2019级本科生戴艺欣同学,通讯作者为成都理工大学地球物理学院梁春涛教授。该研究得到国家重点研发计划项目(2022YFF0800601),国家自然科学基金项目(42174071)和四川省重点研发计划项目(23ZDYF2412)的联合资助。
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Dai, Y., Liang, C., Cao, F., Chen, L., Liu, Z., Fan, X., & Wang, C. (2024). Decoupled anisotropy in the lower crust and upper mantle extracted by the Wave Gradiometry method resolves the differential deformation mechanisms beneath the northeastern Tibetan Plateau. Earth and Planetary Science Letters, 633, 118654. https://doi.org/10.1016/j.epsl.2024.118654