中國科學技術大學地球和空間科學學院教授姚華建團隊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速度結構，并聯(lián)合大地測量結果揭示了華北克拉通巖石圈新生代改造的特征，新結果對于認識華北克拉通地區(qū)地震活動性分布特征和地震災害評估具有重要科學意義。相關成果日前發(fā)表于《地球物理研究快報》。
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，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歷了強烈的內部變形、火山活動和地震活動，失去了穩(wěn)定克拉通的典型特征，這個過程被稱為去克拉通化或克拉通破壞。
(資料圖片僅供參考)
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，對現(xiàn)今中國大陸區(qū)域的變形特征和地震活動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果，而6級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、中國科大地球和空間科學學院特任副研究員馮吉坤解釋說。
同時，根據GPS觀測結果顯示，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）之間的華北克拉通正在經受顯著的左旋剪切，伴隨著強烈的區(qū)域地震活動性。
巖石圈作為地球表層的剛性塊體，受到顯著的左旋剪切勢必會造成巖石圈結構破壞并產生頻繁地震活動，但是目前仍不清楚大規(guī)模左旋剪切對華北克拉通巖石圈結構的影響 。所以亟需獲取華北地區(qū)大尺度巖石圈精細結構，進而探索左旋剪切對華北拉通巖石圈結構和區(qū)域地震活動性的影響。“這是認識區(qū)域構造演化和地震災害發(fā)育機制的重要基礎。” 馮吉坤說。
在這項研究中，課題組同時利用華北地區(qū)固定和流動地震臺站記錄的背景噪聲面波信號和遠震面波信號測量寬頻帶的瑞利面波相速度頻散數(shù)據，反演巖石圈尺度的三維橫波速度結構。
成像結果顯示，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，古老的巖石圈結構被顯著破壞。新的橫波速度結構模型同時揭示了由于晚新生代顯著左旋剪切造成的南北向速度結構差異，沿張家口-渤海斷裂帶的大規(guī)模左旋剪切進一步造成了巖石圈減薄和破壞，并且淺部對應強烈的區(qū)域地震活動。
動力學模擬和地球化學觀測均顯示，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程中經受了最顯著的巖石圈結構破壞，中部轉換造山帶的巖石圈改造程度相對較低。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構。
研究人員認為，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、東部巖石圈的結構強度，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巖石圈，造成了巖石圈進一步減薄，并且產生了大量地震活動，包括1976年唐山大地震。堅硬的鄂爾多斯地塊主要通過逆時針旋轉吸收左旋剪切，地震活動也主要集中發(fā)生在鄂爾多斯塊體邊緣。
研究人員認為，在后續(xù)的地震災害評估中，應該將精細的巖石圈結構和左旋剪切的動力學過程考慮進去。 “接下來，我們計劃在關鍵斷裂帶附近進一步加密觀測，獲取精細的巖石圈速度和強度結構模型，進一步研究復雜巖石圈結構對應力、應變和地震分布的影響。” 馮吉坤說。
相關論文信息：https://doi.org/10.1029/2022GL099403
標簽： 中國科學技術大學
