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地质地球所揭示缅甸下方俯冲的印度大陆岩石圈三维形态与结构

2021-05-31 地质与地球物理研究所
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  随着印度和欧亚大陆之间的碰撞,印度大陆岩石圈沿着汇聚边界进入欧亚大陆的下方。陆陆碰撞后的大陆俯冲是深入理解印亚碰撞动力学过程的关键科学问题,而俯冲大陆岩石圈的形态与结构可为认识大陆俯冲提供重要的观测约束。喜马拉雅东构造结是青藏高原地形变化最剧烈、构造最复杂的地区,发育强烈的岩浆活动、变质作用和陆内中源地震,暗示了其下方可能存在复杂的俯冲板片形态与结构。缅甸地区位于东构造结南部,北接喜马拉雅陆陆碰撞造山带,南连安达曼海大洋俯冲带,处于从陆陆碰撞到大洋俯冲转换的关键位置,其下方印度大陆板片的三维形态及其精细速度结构仍是一个未解之谜。在碰撞与侧向挤出的共同作用下,缅甸内部的构造单元呈南北向狭长展布,从西向东依次是印缅山脉、中央盆地、抹谷变质带和掸邦高原(图1)。蒙育瓦(Monywa)火山位于中央盆地的新特提斯洋岛弧火山带上,而最近一次火山活动发生于碰撞后的全新世。尽管前人已经开展了地球化学的相关研究,但关于蒙育瓦火山的起源仍备受争议。

  基于以上问题,中国科学院地质与地球物理研究所地球与行星物理院重点实验室地球内部结构学科组的博士研究生张广利与其导师、研究员艾印双联合研究员何玉梅、副研究员姜明明等,利用该学科组牵头在缅甸中部布设的该国首个大尺度密集地震观测台阵的数据,通过近震双差层析成像方法反演获得了缅甸中部地壳和上地幔顶部高分辨率的三维VPVSVP/VS波速比模型(图2)。成像结果揭示了在印缅山脉和中央盆地下方100 km深度范围内存在印度大陆岩石圈,该岩石圈以25°倾角东倾俯冲,在研究区南部(北纬22度)大陆地壳厚度约为30 km,向北逐渐增厚,暗示缅甸下方印度板块可能存在从北边的大陆岩石圈向更南边的大洋岩石圈的过渡。在俯冲印度大陆板片的末端分布有大量的中源地震。中源地震分布的区域表现为较高的地震波速(VP约为8.2 km/s,VS约为4.6 km/s)和较低的波速比(VP/VS波速比约为1.68),可能表明印度大陆下地壳在该区域发生了部分榴辉岩化(图3)。

  该研究为认识缅甸下方的印度大陆与欧亚大陆的碰撞过程及蒙育瓦火山相关的岩浆活动提供了新的地震学成像约束,火山下方岩石圈地幔中发现了显著的VPVS低速异常,其来源还需更进一步研究。

  相关研究成果以continental lithosphere and related volcanism beneath Myanmar: Constraints from local earthquake tomography为题,发表在Earth and Planetary Science Letters上。研究工作获得国家自然科学基金项目、中科院战略性先导科技专项(B类)、中科院国际合作伙伴项目的资助。

  论文链接

图1.缅甸内部的主要构造单元和断层分布。黑色三角表示CMGSMO一期观测的地震台站,右下角的插图显示了缅甸在印度-欧亚大陆碰撞系统中的位置

  图2.缅甸近震层析成像垂直剖面VP, VSVP/Vs波速比成像结果(剖面位置见图1绿色虚线)。(a-c)垂直剖面中P波绝对速度结果;(d-f)垂直剖面中S波绝对速度结果;(g-i)垂直剖面中的VP/VS波速比结果。图中灰色点表示重定位后该垂直剖面上±0.125°范围内的地震投影。白色虚线内的区域是研究人员绘制的相对可靠的成像区域。黑色虚线表示根据CRUST 1.0得到的Moho面的深度(Laske et al., 2013)。IBR:印缅山脉;KBF:卡巴断层;SGF:实皆断层;MWV:蒙育瓦火山

图3.缅甸地壳和岩石圈地幔速度结构的解释图

打印 责任编辑:张芳丹

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