中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)地球和空間科學(xué)學(xué)院教授姚華建團(tuán)隊(duì)采用背景噪聲和地震面波成像，獲得華北克拉通大尺度巖石圈精細(xì)速度結(jié)構(gòu)，并聯(lián)合大地測(cè)量結(jié)果揭示了華北克拉通巖石圈新生代改造的特征，新結(jié)果對(duì)于認(rèn)識(shí)華北克拉通地區(qū)地震活動(dòng)性分布特征和地震災(zāi)害評(píng)估具有重要科學(xué)意義。相關(guān)成果日前發(fā)表于《地球物理研究快報(bào)》。

克拉通是指形成后保持穩(wěn)定的古老大陸板塊，而華北克拉通是中國(guó)最古老的克拉通之一，也是克拉通活化、破壞的典型案例。中生代以來(lái)，華北克拉通東部塊體巖石圈顯著減薄，并且克拉通中部和東部經(jīng)歷了強(qiáng)烈的內(nèi)部變形、火山活動(dòng)和地震活動(dòng)，失去了穩(wěn)定克拉通的典型特征，這個(gè)過(guò)程被稱為去克拉通化或克拉通破壞。

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已有研究證明，印度-歐亞大陸持續(xù)碰撞和周邊大陸板塊向東擠出，對(duì)現(xiàn)今中國(guó)大陸區(qū)域的變形特征和地震活動(dòng)性分布起到重要控制作用。

“青藏高原作為世界上平均海拔最高的高原，就是印度-歐亞大陸碰撞擠壓的直接結(jié)果，而6級(jí)以上的地震主要就分布在青藏高原和周邊區(qū)域。” 論文第一作者、中國(guó)科大地球和空間科學(xué)學(xué)院特任副研究員馮吉坤解釋說(shuō)。

同時(shí)，根據(jù)GPS觀測(cè)結(jié)果顯示，由于印度板塊持續(xù)向北擠壓，介于華南版塊（向東擠出）和中亞造山帶（幾乎保持不動(dòng)）之間的華北克拉通正在經(jīng)受顯著的左旋剪切，伴隨著強(qiáng)烈的區(qū)域地震活動(dòng)性。

巖石圈作為地球表層的剛性塊體，受到顯著的左旋剪切勢(shì)必會(huì)造成巖石圈結(jié)構(gòu)破壞并產(chǎn)生頻繁地震活動(dòng)，但是目前仍不清楚大規(guī)模左旋剪切對(duì)華北克拉通巖石圈結(jié)構(gòu)的影響 。所以亟需獲取華北地區(qū)大尺度巖石圈精細(xì)結(jié)構(gòu)，進(jìn)而探索左旋剪切對(duì)華北拉通巖石圈結(jié)構(gòu)和區(qū)域地震活動(dòng)性的影響。“這是認(rèn)識(shí)區(qū)域構(gòu)造演化和地震災(zāi)害發(fā)育機(jī)制的重要基礎(chǔ)。” 馮吉坤說(shuō)。

在這項(xiàng)研究中，課題組同時(shí)利用華北地區(qū)固定和流動(dòng)地震臺(tái)站記錄的背景噪聲面波信號(hào)和遠(yuǎn)震面波信號(hào)測(cè)量寬頻帶的瑞利面波相速度頻散數(shù)據(jù)，反演巖石圈尺度的三維橫波速度結(jié)構(gòu)。

成像結(jié)果顯示，華北克拉通的地殼和巖石圈厚度都由東向西逐漸增厚，華北克拉通中部和東部巖石圈都明顯減薄，古老的巖石圈結(jié)構(gòu)被顯著破壞。新的橫波速度結(jié)構(gòu)模型同時(shí)揭示了由于晚新生代顯著左旋剪切造成的南北向速度結(jié)構(gòu)差異，沿張家口-渤海斷裂帶的大規(guī)模左旋剪切進(jìn)一步造成了巖石圈減薄和破壞，并且淺部對(duì)應(yīng)強(qiáng)烈的區(qū)域地震活動(dòng)。

動(dòng)力學(xué)模擬和地球化學(xué)觀測(cè)均顯示，古太平洋板片向西低角度俯沖可能是造成中生代-新生代華北克拉通破壞的最大誘因。華北克拉通東部塊體在中生代-新生代克拉通破壞的過(guò)程中經(jīng)受了最顯著的巖石圈結(jié)構(gòu)破壞，中部轉(zhuǎn)換造山帶的巖石圈改造程度相對(duì)較低。新的速度模型很好地刻畫了破壞后的華北克拉通中部和東部巖石圈結(jié)構(gòu)。

研究人員認(rèn)為，由于中生代-新生代華北克拉通破壞顯著降低了華北克拉通中、東部巖石圈的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，為大陸巖石圈變形和地震發(fā)育提供了條件。在印度-歐亞大陸持續(xù)碰撞和周邊陸塊向東擠出的過(guò)程中，華北克拉通東部和中部塊體作為介于華南塊體和中亞造山帶之間的薄弱地帶吸收了大量的左旋剪切，其中大部分左旋剪切發(fā)生在張家口-渤海斷裂帶附近。沿張家口-渤海斷裂帶的左旋剪切切穿了整個(gè)巖石圈，造成了巖石圈進(jìn)一步減薄，并且產(chǎn)生了大量地震活動(dòng)，包括1976年唐山大地震。堅(jiān)硬的鄂爾多斯地塊主要通過(guò)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)吸收左旋剪切，地震活動(dòng)也主要集中發(fā)生在鄂爾多斯塊體邊緣。

研究人員認(rèn)為，在后續(xù)的地震災(zāi)害評(píng)估中，應(yīng)該將精細(xì)的巖石圈結(jié)構(gòu)和左旋剪切的動(dòng)力學(xué)過(guò)程考慮進(jìn)去。 “接下來(lái)，我們計(jì)劃在關(guān)鍵斷裂帶附近進(jìn)一步加密觀測(cè)，獲取精細(xì)的巖石圈速度和強(qiáng)度結(jié)構(gòu)模型，進(jìn)一步研究復(fù)雜巖石圈結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)力、應(yīng)變和地震分布的影響。” 馮吉坤說(shuō)。

相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1029/2022GL099403

標(biāo)簽： 中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)