科研动态 | 我院硕士研究生贺誉在JGS上发表文章：地震波速模拟揭示青藏高原下地壳物质成分

    青藏高原是由印度与欧亚板块碰撞形成的世界上最大的高原，其隆升的地球动力学过程受到了众多研究者的关注，也存在一定争议。青藏高原下地壳的物质成分和流变强度是控制青藏高原隆升过程的重要因素，然而由于现有研究方法和观测数据的局限性，对下地壳的物质成分的研究并不完善。本研究提出利用地震波速模拟的方法，通过模拟波速与实际波速对比可确定青藏高原五个不同区域的下地壳物质成分，从而厘定青藏高原隆升的动力学模型。

图1 青藏高原构造地形图和下地壳S波速度结构

    本研究整合了前人在青藏高原地区获取的地壳地震波速、温度、地壳厚度模型，以及三种常见的可能组成下地壳的岩石，即长英质麻粒岩，镁铁质麻粒岩和榴辉岩，并利用Perple_X程序计算固定化学成分的岩石在下地壳的温度、压力条件下的模拟地震波速度（图2）。通过将模拟波速与观测波速对比，确定了青藏高原内部五个区域的下地壳物质组成（图3）。结果表明，在青藏高原西部及帕米尔区域，下地壳组成为榴辉岩；在东拉萨以及青藏高原的东南缘，下地壳物质成分为长英质麻粒岩；在西拉萨与西羌塘地块，下地壳组成为铁镁质麻粒岩。

图2 (a) 藏西部–帕米尔地区模拟计算地震波速与实测地震波速的对比。该区域平均地壳厚度为69公里，地壳下部温度在746°C至1046°C之间。当SiO₂含量低于50 wt%时，榴辉岩的模拟波速与实测波速较为吻合。(b) 温度和压力随深度变化的曲线。假设地壳压力随深度线性变化。(c) 青藏高原的莫霍面温度分布图。(d) 构成大陆下地壳的三种岩石类型（即长英质麻粒岩、榴辉岩和基性麻粒岩）的化学成分。

图3 模拟波速与实测波速对比

    通过对下地壳物质成分及其反映的流变学强度的进一步分析，本研究解释了青藏高原不同区域的下地壳物质成分与青藏高原隆升的动力学机制的关联。青藏高原西部的下地壳榴辉岩指示了印度板片向北俯冲造成了下地壳榴辉岩化，且在俯冲过程中持续地发生多个期次的榴辉岩化和拆沉。东拉萨下地壳的长英质麻粒岩反映印度板片高角度俯冲引发的上地幔物质上涌与岩浆分异。青藏高原东南缘的长英质麻粒岩所表征的软弱下地壳为发生下地壳流提供了必要条件。西拉萨与西羌塘下地壳的铁镁质麻粒岩可能为亚洲板块残留的强硬下地壳物质，在印度板片向北俯冲的过程中对印度板片产生了较强的抵御作用。本研究为青藏高原隆升机制提供了新的约束。