地球物理学报  2015, Vol. 58 Issue (5): 1622-1633   PDF    
云南腾冲火山区地壳及岩石圈厚度研究
张龙1, 胡毅力1, 秦敏2, 段毅2, 段元泽3, 彭恒初1, 赵宏1    
1. 云南大学地球物理系, 昆明 650091;
2. 云南省地震局, 昆明 650041;
3. 普洱市地震局, 云南普洱 665000
摘要:使用云南腾冲火山监测台网9个宽频带地震台站的远震数据,采用P波和S波接收函数的方法研究了腾冲火山区的地壳厚度、泊松比值以及岩石圈和软流圈分界面(LAB)深度.研究结果表明: 1) 云南腾冲火山区的地壳厚度约在33.5~38.0 km之间; 2) 火山区的泊松比主要集中范围为0.26~0.32,其中6个台站均大于0.29,推测与地壳镁铁质成分的增加有关并且可能存有2个岩浆囊; 3) 火山区的岩石圈厚度在78.2~88.0 km,较周边地区明显隆起且横向差异较大.腾冲火山区岩石圈的明显穹隆,由软流圈上涌(地幔热物质上升)引起岩石圈的拉张与减薄所致.
关键词P波接收函数     S波接收函数     地壳厚度     泊松比     岩石圈厚度    
Study on crustal and lithosphere thicknesses of Tengchong volcanic area in Yunnan
ZHANG Long1, HU Yi- Li1, QIN Min2, DUAN Yi2, DUAN Yuan-Ze3, PENG Heng-Chu1, ZHAO Hong1    
1. Geophysics Department of Yunnan University, Kunming 650091, China;
2. Seismological Bureau of Yunnan Province, Kunming 650041, China;
3. Seismological Bureau of Puer, Puer Yunnan 665000, China
Abstract: Tengchong Volcano Area (24°40'—25°30'N,98°15'—98°45'E) is one of the most famous and youngest volcano-active areas in China. It is located on the northeast side of the collision belt between the Indian and Euroasian plates. It is a part of Myanmar Arc seismic structure, belonging to the Himalayan strong-earthquake belt. There are 68 volcanoes distributed in the region of 90 km long in the north-south direction and 50 km wide in the east-west direction. Among them are 4 Holocene (Q4) volcanoes, 18 Late-Pleistocene (Q3) volcanoes, and 38 Early-Pleistocene (Q1) volcanoes. To study the geologic evolution and volcanic activity of the Tengchong Volcano Area, we need to investigate the variation of crustal thickness and the distribution of the Poisson's ratio in the area, as well as the detailed thickness and topography of the lithosphere.
We use the seismic data observed by 9 digital broadband stations of Tengchong Earthquake-Monitoring Net from July 2007 through December 2011. The P receiver functions are used to study the crustal thickness and the Poisson's ratio in the region, while the converted phases at the Moho and the LAB in the S receiver functions are utilized to get the depths of the Moho and the LAB. To reduce the noises and remove the effect of the heterogeneity, we stack the P and S receiver functions beneath each station, respectively, to get an averaged trace of P receiver functions and an average trace of S receiver functions. Before the stacking of the weak converted phases from the Moho and the LAB, each seismic event is moveout corrected to the reference epicentral distance of 67 degree (corresponding to the ray parameter of 6.40 s/deg). Based on the IAS91 model, the receiver functions are transformed from the time domain to the depth domain.
1) The crustal thickness of Tengchong Volcanic Area ranges from 33.5 to 38.0 km. 2) The Poisson's ratio of the area mainly varies from 0.26 to 0.32. The ratio beneath 6 stations is over 0.29, which is attributed to the increase of mafic component in the crust. There may exist two magma chambers. 3) The thickness of the lithosphere ranges from 78.2 to 88.0 km.
The crustal thickness of Tengchong Volcanic Area ranges from 33.5 to 38.0 km, with a feature of being thick at the north and south ends but thin in the middle (or the Moho is uplifted in the middle part). The Poisson's ratio is between 0.262 and 0.322. Six stations present high Poisson's ratio, and the crust may be partially melted in some local areas. There probably exist two magma chambers on the east side of Mazhang and the area of Tengchong-Shaba, but their scopes need further determination. The thickness of the lithosphere ranges from 78.2 to 88.0 km, being thinner than that of the surrounding area. In the center of the volcano area (i.e., the convergence between the Tengchong volcanic fault and the Yingjiang-Longchuan fault), both the crust and the lithosphere are uplifted. The lithosphere presents a dome shape obviously, caused by the extension and thinning of the lithosphere by the upwelling of the asthenosphere (or the uplift of mantle hot materials).
Key words: P receiver function     S receiver function     Crustal thickness     Poisson's ratio     Lithosphere thickness    
1 引言

腾冲火山区(24°40′-25°30′N,98°15′-98°45′E)是我国著名的最年轻的火山活动地区之一,该区域位于印度板块与欧亚板块碰撞带的北东侧,属于喜马拉雅强地震活动带缅甸弧地震构造体系。该火山区在南北长90 km,东西宽50 km的范围内分布火山约68座(皇甫岗和姜朝松,2000),其中全新世(Q4)火山4座,晚更新世(Q3)火山18座,早更新世(Q1)火山38座.历史记载的最近一次喷发为全新世时期(李大明等,2000Wang et al., 2007).腾冲火山区的研究工作一直备受国内外地学界关注,不少学者运用不同的方法在火山区域及周边地区进行了大量的研究工作,获得了很多重要的成果.地震层析成像研究揭示:从地壳直至400 km深处都是P波低速区域(陈培善等,1990Lei et al,2009),在地壳深度25~110 km范围间存在一低速柱,可能是历史上腾冲火山喷发的岩浆通道(刘瑞丰等,1993),在腾冲火山区下面地壳内3~9 km、 16~24 km深度为P波低速带,而在深度10~15 km、25~40 km深度为高速带(秦嘉政等,2000杨晓涛等,2011).P波接收函数和人工地震测深研究得到腾冲火山地热区地壳具有低S波速度结构,地壳和上地幔具有低P波速度结构的特点(贺传松等, 2004a2004b王椿镛等,2002).已有的地球物理资料表明,腾冲地区还具有高热流、低电阻率、低Q值等特征(周真恒等,1997胡家富等, 2003a2003bBai et al., 2001).阚荣举和韩源(1992)首次提出腾冲火山区内岩石圈层厚度约为60 km,王椿镛等(2000)提出在探讨腾冲火山区和地热活动的深部构造条件时,需要进一步确认腾冲火山区岩石圈的厚度.由于受资料及分析方法的限制,腾冲火山区的地壳厚度变化及平均泊松比分布、岩石圈厚薄及形态等还缺乏详细的研究.本文使用P波接收函数方法研究了该火山区的地壳厚度、地壳平均泊松比分布,采用S波接收函数在Moho面和岩石圈—软流圈分界(LAB)面上的转换震相延时研究了火山区地壳及岩石圈埋深,从而为腾冲火山区的地质演化及火山活动研究提供了一个更加清楚和较为全面的认识. 2 资料和方法

本研究使用的数据来源于云南腾冲火山地震监测台网的9个宽频带台站,自2007年7月正式运行起至2011年12月底所记录到的地震观测资料.为进行岩石圈厚度对比还使用了腾冲周边的泸水(LuS)、保山(BaS)、芒市(MaS)和畹町(WaD)4个台站自2007年1月至2009年5月的记录资料.研究区域及火山区构造、台站和火山位置分布见图 1.本文共选取了230个震级MS6.3以上,震中距在30°~90°的具有P波初动尖锐、震相清晰和高信噪比的远震事件计算P波接收函数,选取了180个震级MS6.3以上,震中距在60°~85°或者85°~165°的具有S波震相清晰和高信噪比的远震事件计算S波接收函数.

图 1 腾冲火山区地震台站、火山及主要地质构造分布
▲表示地震台,相应的字母表示台站代码;◇表示全新世火山;表示晚更新世火山;☆表示早更新世火山;虚线表示断裂,F1 怒江断裂;F2 龙陵—瑞丽断裂;F3 腾冲火山断裂;F4 盈江—陇川断裂.
Fig. 1 Distribution of seismic stations,volcanoes and mian geological structure in Tengchong volcanic area.
Triangles represent the stations with letters for the names Diamonds represent the Holocene volcanoes.Hexagons represent the Late Pleistocene volcanoes. Asterisks represent the pre-Pleistocene volcanoes. Dashed lines represent the faults,F1: Nujiang Fault,F2: Longling-Ruili Fault,F3: Tengchong volcano Fault,F4: Yingjiang-Longchuan Fault.
2.1 接收函数的计算

远震P波和S波接收函数方法目前已经成为研究地壳和上地幔结构的常规方法之一.P波接收函数的计算非常成熟,S波接收函数是在P波接收函数的基础上发展起来的.接收函数的计算包括坐标旋转和反卷积两个步骤.本文所采用波场矢量分解(PSH)法(Jepsen and Kennett, 1990)计算接收函数.波场矢量分解(PSH)方法是先把远震记录的ZNE三分量旋转到垂直向、径向和切向,得到Z,R,T三分量之后,再将Z,R,T三分量旋转到P-SV-SH方向(Jepsen and Kennett.,1990),利用SV分 量与P分量做反褶积,得到P波接收函数,利用P 分量与SV分量做反褶积,得到S波接收函数.

P波接收函数的计算相对简单,下面给出计算S波接收函数的具体步骤:先对原始三分量远震记录去均值处理,截取S波到时前100 s和后50 s的波形,抽样、去倾、去直流分量,倒转时间轴(为便于和P波接收函数比较),先把ZNE三分量旋转到垂直向Z、径向R和切向T后,再按(1)式进行PSH分解,利用P分量对SV分量做反褶积得到S波接收函数(Hu et al., 2011).

其中,VPZ=-(1-2β02p2)/2α0qα0,VSR=-(1-2β20p2)/2α0qβ0,VPR=pβ200,VSZ=pβ00,VHT=1/2,qα0=(α<sup>-20-p2)1/2,qβ0=(β-20-p2)1/2.p是水平方向的慢度,α0和β0是地表的P 波和S波速度.β0值可以通过(2)式和(3)式计算获得:

式中,ip表示入射角,RRF是径向的接收函数(垂直分量与径向分量做反褶积),ZRF是垂向的接收函数(垂直分量与垂直分量做反褶积).在计算S波接收函数的过程中,最重要的步骤是对确定的地震事件据(2)、(3)式估算选取β0值,使得计算出的S波接 收函数初动能量(“0”时刻振幅)最小(Hu et al., 2011张洪双等,2013).作为实例,图 2给出了箐口台(QKT)记录的一个地震事件原始波型图,先把ZNE三分量旋转到ZRT方向后,由(2)、(3)式先估算 β0值,并同时给出了5个β0参考值,由5个β0计算出了5条S波接收函数,圆圈所圈处为取β0=3.5 km·s-1时计算得到的S波接收函数,该条接收函数初值时刻能量最小,且Moho面和LAB界面上的转换波振幅均达到最大.以此类推,对每个选出的地震事件记录均按上述方法计算S波接收函数.
图 2(a)箐口台记录到的一次三分量地震波形(图中虚线标示了S波到时);(b)利用不同β0值计算的S波接收函数(圆圈所示为所选最优β0值)Fig. 2(a)Three component waveforms of 1 tele-seismic event of QKT(The dotted line demarks rise of S wave onset);(b)The S receiver functions computed using different β0(The circle marks the optimum Vs according to our criteria)
2.2 接收函数的动校正和时深转换

为了降低噪声以及横向不均性的影响,通常把每个台站计算得到的多条P波接收函数进行叠加后获得一条反映台站下方地壳上地幔结构平均效应的接收函数.当运用叠加技术来增强地下同一深度为d的界面上的弱转换相时,需在叠加之前将所有的P波接收函数进行Ps时差校正(Moveout correction)(徐强等,2009杨海燕等,2009夏静瑜等,2008Yuan et al., 1997).若存在同一深度为d的界面,对于射线参为p的入射波,则该界面产生的Ps转换相的延时(Ps相与直达P波的到时差)为(Dueker et al., 1997):

当要校正到震中距为67°(射线参数p0=6.40 s/(°))时,其Ps相的时间校正量为

这里,TPds0为震中距67°处(相应的射线参数p0=6.40 s/(°))的地震射线入射到深度为d的界面上时,该界面产生的Ps相与直达波的延时.

其中,VPVS分别为P波和S波的速度,p是射线参数.经过时差校正后能够消除d界面上产生的Ps转换相的延时随射线参数p而变化的影响.

利用(4)式还可进行时间域到深度域的转换,但 必须给出相应的速度模型.以IASP91模型(Kennett et al., 1991)为例,在0~700 km的深度以内,转换深度每增加5 km,分别计算了射线参数p分别为8.98、6.40和4.70 s/(°)(相应的震中距分别为30°、67°和90°)时,Ps相与直达P波的延时并绘于图 3中.如图 3所示,对于同一转换深度而言,Ps转换波 与直达波的延时随着震中距的减小(对应射线参数p增大)而增加.当射线参数p分别为8.98和4.70 s/(°)(相应的震中距分别为30°和90°)时,深度80 km的间断面产生的Ps相的到时差大约为1 s.

图 3 时深转换图Fig. 3 Time-depth conversion using the IASP91 model

对于单道的S波接收函数也参考上法进行动校正到震中距为67°后再进行叠加(徐强等,2009Hu et al., 2011).

在计算接收函数的过程中,先对记录资料进行0.04~0.2 Hz的带通滤波,再分别按高斯系数2.0和1.0计算P波和S波接收函数,本文共计算挑选出1082条P波接收函数和190条S波接收函数,涉及到的远震事件分布见图 4

图 4(a)计算P波接收函数的远震事件分布及(b)计算S波接收函数的远震事件分布Fig. 4(a)Distribution of teleseismic events used to calculate P receiver functions in this study;(b)Distribution of teleseismic events used to calculate S receiver functions in this study
3 结果与讨论 3.1 Moho深度及泊松比

P波接收函数主要包含地震台站下方地壳和上地幔速度间断面所产生的Ps转换波及其多次反射波(PpPs,PpSs+PsPs等)的信息.接收函数中Ps转换波以及多次波的走时是指转换波以及多次波和直达P波的走时差,它取决于间断面的深度,射线参数以及台站下方P波、S波速度结构.利用Moho的Ps和PpSs等震相的走时信息,可以比较准确地确定Moho的深度H以及地壳平均纵横波速比k=VP/VS.本文采用了接收函数H-k域搜索叠加方法分别计算各台的Moho深度H、地壳平均纵横波速比k及平均泊松比.具体的公式推导和方法叙述参考文献(Zhu and Kanamori, 2000).

以马站台(MZT)为例(台站位置见图 1),图 5给出了该台135条经动校正后的P波接收函数及H-k域搜索叠加结果.图 5a表明,远震P波接收函数中的Ps、 PpPs和PpSs+PsPs都可较好地追踪识别,图 5b中的十字叉标出了H-k域搜索叠加结果的最大值.

图 5 MZT台远震P波接收函数H-k域搜索叠加
(a)马站台单道P波接收函数及叠加结果,最上一道为叠加道;(b)H-k域搜索叠加结果,搜索时取Vp =6.2 km·s-1,等值线表示加权振幅规一化后的大小,图中振幅最大点H为36.5±0.3 km,VP/VS=1.86±0.02.
Fig. 5 Scanning and stacking of P receiver functions in H-k domain at Station MZT
(a)The single-channel P receiver functions and stacked results at Station MZT. The top channel is the stacked trace.(b)Results by scanning and stacking. Scale is normalized(VP=6.2 km·s-1). The crustal thickness and VP/VS beneath Station MZT is 36.5±0.3 km and 1.86±0.02 respectively.

图 6给出了腾冲火山区9个台站的P波接收函数经过时差校正后的叠加结果,台站序号按从北向南的顺序显示(各台站位置分布见图 1).图中清楚地显示了用虚线连接的Moho面的Ps、PpPs和PpSs+PsPs震相.利用H-k域搜索叠加方法,对火 山区各个台站挑出的远震P波接收函数进行了搜索叠加,得到了各个台站下方地壳厚度H和地壳平 均纵横波速比k=VP/VS,由公式σ=0.5[1-(k2-1)-1] 计算地壳平均泊松比,所得结果见表 1图 7

图 6 腾冲火山区9个台站获得的P波接收函数叠加结果及Moho面震相标识Fig. 6 Stacked results of P receiver functions from 9 stations and the Moho phases at all stations in Tengchong volcanic area

图 7 研究中获得的Moho深度分布(a)及泊松比分布(b)
黑色三角形表示台站,相应的的字母表示台站代码.
Fig. 7(a)Distribution of the Moho depths obtained from 9 stations;(b)Distribution of the Poisson′s ratios obtained from 9 stations
The black triangles represent the stations with letters for the names.

表 1 云南腾冲火山区9个地震台站接收函数地壳结构分析结果 Table 1 The result of the receiver function analysis for crustal structure from 9 stations in Tengchong volcanic area

根据表 1图 7给出的结果,腾冲火山区Moho面埋深和泊松比值具有如下的特征:(1)地壳厚度分布在33.5~38 km之间,具有明显的横向不均匀性,显示出北南两端厚而中间薄的上隆形态,地壳上隆区最薄处在RHT、RST和SBT台,地壳厚度约34 km,位于腾冲火山断裂和盈江—陇川断裂的交汇区.(2)地壳平均泊松比σ分布在0.262~0.322之间,9个台站下方地壳平均泊松比接近或大于0.3的就有6个,分布于地壳上隆区及全新世、晚更新世火山区.显示出腾冲火山区为高泊松比分布区.图 7中台站下方的Moho面深埋和泊松比结果是可靠的,而台站以外区域的值是通过插值得到.

本文运用P波接收函数H-k域搜索叠加方法得到的腾冲火山区地壳厚度结果与前人采用不同的研究方法所得的结果(36~40 km厚)具有很好的一致性(吴建平等,2001王椿镛等,2002胡家富等,2003b贺传松等,2004b李永华等,2009Chen et al., 2013).但平均纵横波速比k的研究结果高于贺传松等(2004b)的研究结果.火山区地壳平均泊松比是研究地壳物质成分及是否存在局部熔融状态的一个重要参数,已有的研究结果表明: σ>0.25的介质有相对 较高的铁镁质矿物成分,地壳中的流体或部分熔融 的介质可有较高的VP/VS值(Christensen and Fountain, 1975Fountain and Christensen, 1989),这就意味着当地壳介质内存在流体和部分熔融时都可以引起平均泊松比的显著增加.腾冲火山区具有高泊松比(0.29以上)的6个台站下方推测应与地幔物质上涌导致地壳镁铁质成分的增加及存在地壳局部熔融有关,详细分析如下:

马站台(MZT)下方地壳平均泊松比值达0.297,该台站位于全新世火山黑空山旁,周围还分布有大、小空山等7座晚更新世火山,鉴于马站台周边的火山群在全新世和晚更新世时期曾多次喷发,地壳内岩浆上升通道内存有地幔物质上涌残留物及可能存有局部熔融区域(岩浆囊),导致该台站下方的泊松比值升高.赵慈平等(2006)由相对地热梯度推断的腾冲火山区现存3个岩浆囊之一(马站—曲石之间)正好在马站台的东侧.民振台(MIZ)位于腾冲火山断裂带旁,附近分布有打鹰山全新世火山和金竹坡晚更新世火山,其下方地壳平均泊松比值高达0.317,推测应为地幔镁铁物质的残留物所致.热海台(RHT)和热水塘台(RST)下方为地壳上隆区和岩石圈最薄区,附近分布有壮观的高温温泉及多座早更新世火山,两台下方地壳平均泊松比值均为0.303,产生高泊松比值的原因可能是该区域地幔物质上涌引起岩石圈、地壳上隆及地壳介质内存在高温流体所致.腾冲台(TCT)和沙坝台(SBT)距腾冲火山断裂较近,泊松比值分别高达0.294和0.322,这意味着这两个台站的下方地壳内也可能局部存在熔融状态(岩浆囊).叶建庆等(2003)据腾冲火山区微震研究中多次记录到S波湮灭的地震事件综合分析推测,在腾冲—沙坝一带8~14 km深度下可能存有岩浆囊,这与本文用高泊松比分布推测出腾冲、沙坝台附近可能存有岩浆囊结果相一致.另外,火山区内的其他3个台站菁口(QKT)、城子山(CZS)和新华(XHT)都距主要断裂带较远,近旁零星分布有少量早更新世火山,地壳平均泊松比只在0.26~0.27之间,推测这3个台站下方地壳内不会存在介质局部熔融的情况.腾冲火山区地壳平均泊松比分布存在如此大的差异,是该区域火山活动及地质构造复杂性和岩浆囊存在可能性的客观反映. 3.2 岩石圈厚度

岩石圈是漂浮在地幔软流圈上的一个坚硬层圈,它包括地壳和地幔的顶部.相对于较热的、部分熔融的低波速的地幔软流圈而言,岩石圈是一个刚性的力学层圈.根据岩石圈和软流圈边界(LAB)为地震波间断面的特性,运用S波接收函数探测LAB有着得天独厚的优势(Kumar et al., 2005a2005bLi et al., 2007).S波接收函数利用Sp转换波比S波到达台站早,而多次反射波又在S波之后的原理获取不被干扰的LAB清晰震相,再采用S波接收函数的同台站叠加方法,从较高分辨率的体波中可成功提取岩石圈的厚度信息.岩石圈的厚度对于火山区域内地质构造运动、地幔物质上涌、火山成因及其动力学机制研究有着极其重要的科学意义.

在本文计算挑选出的190条S波接收函数中,图 8给出了腾冲台(TCT)经动校正后的单道S波接收函数及叠加结果,图中S波接收函数正峰值表示Moho面震相SMp,负峰值表示LAB震相SLp,两者均非常清晰.使用IASP91模型(Kennett et al., 1991)将单道S波接收函数先进行时深转换后再叠加,图 9给出了腾冲火山区9个台站经时深转换后的S波接收函数叠加结果及震相标识(台站位置见图 1).图 9中由正、负峰值所对应的深度给出地壳厚度和岩石圈厚度值.表 2中具体列出了腾冲火山区9个台站及周边4个台站的由S波接收函数计算得到的Moho面和LAB的到时统计及转换深度.图 10给出了腾冲火山区岩石圈的厚度分布.

图 8 腾冲台单道S波接收函数及叠加结果
最上一道为叠加道,正的Moho震相和负的LAB震相清晰可见.
Fig. 8 The Single-channel S receiver functions and stacked results at Station TCT
The top channel is the stacked trace,a positive Moho phase and a negative LAB phase are clearly visible.

图 9 火山区9个台站时深转换后的S波接收函数叠加结果及震相标识Fig. 9 Stacked results of S receiver functions from 9 stations after the time-depth transform and phase identification at station in Tengchong volcanic area

表 2的S波接收函数研究结果得到:腾冲火山区Moho面的Sp波延时在4.64~5.12 s之间,由时深转换得到Moho面深度在33.80~37.38 km之间.与表 1所示的P波接收函数H-k域搜索叠加得到的Moho面深度(34. 0~38.0 km)比较,大部分台站运用两种方法得到的Moho面深度结果具有较好的一致性.使用两种方法获得的结果相互佐证,说明结果是可信的.在腾冲火山区周边的泸水(LuS)、保山(BaS)、芒市(MaS)和畹町(WaD)4个台站Moho面的Sp波延时在5.00~5.55 s之间,由时深转换得到Moho面深度在36.50~40.51 km之间,略深于火山区.火山区9个台站的LAB的震相延时在10.16~11.43 s之间,由时深转换得到 LAB深度分布在78.23~88.01 km之间.而火山区外围周边4个台站的 LAB震相延时在12.27~13.18 s 之间,由时深转换得到LAB深度在94.48~101.49 km之间. 以上结果说明,腾冲火山区的岩石圈比周边地区明显地向上隆起.图 10所给出的腾冲火山区岩石圈厚度分布图,图中台站下方的结果是可靠的,而台站之间是依据插值得到的.

图 10 由S波接收函数获得的LAB深度分布图
黑色三角形表示台站,在三角形右下方的字母表示台站代码.
Fig. 10 Distribution of the LAB depths obtained by S receiver functions
The black triangles represent the stations. The letters at the bottom right of triangles means the code of station.

表 2 研究区域台站Moho和LAB的深度列表 Table 2 The thicknesses of crust and lithosphere beneath stations in study area

研究岩石圈/软流圈的详细结构是地球科学的一个重要研究课题,了解岩石圈形成及演化对地表构造与深部的关系及地幔深部的动力学过程具有重大的科学意义.多位专家运用不同的方法确定出了我国岩石圈厚度的基本分布(朱介寿等,2006李延栋,2010An and Shi, 2006).云南及腾冲火山区岩石圈厚度分布研究除阚荣举外,不同的研究者还给出了如下的结果:周真恒等(19961997)从水热活动、深部热流结构和深部地温分布诸方面探讨怒江以西腾冲地区的岩石圈热状态也得出该区软流圈呈隆起状态,顶面埋深仅60~64 km.温度分布在1460~1526℃,已达到或超过干的或含水地幔岩的固相线,推测该区域软流圈地幔岩目前仍处于部分熔融状态.胡家富等(2005)利用面波和接收函数联合反演滇西地区壳幔速度结构得到滇西地区的岩石圈厚度为70 km左右.程黎鹿等(2012)应用地幔熔融柱反演软件结合现今岩石圈厚度(60 km),并用地质限定条件进行计算,提出了腾冲地区新生代造山之后 经历了岩石圈厚度从约110 km→约79 km→约110 km→约88 km→约60 km的变化过程.

本文运用S波接收函数方法得到的腾冲火山区岩石圈的厚度分布(78.23~88.01 km)大于前人的研究结果.本文研究结果除给出了火山区岩石圈厚度分布的不均匀性外,还揭示了岩石圈上隆与地质构造及火山活动的关系:(1)腾冲火山区岩石圈上隆的形态主要受腾冲火山断裂(F3)和盈江—陇川断裂(F4)的控制,沿F3断裂两侧上隆最明显,岩石圈最薄处正好位于两条断裂的交汇区.(2)全新世火山所在的区域也正是岩石圈上凸最明显的区域(见图 1图 10).综上所述,腾冲火山区的岩石圈厚度较周边地区减薄,并在小区域范围内横向存在差异,明显与地质构造和火山活动有关.对比已有的中国岩石圈结构研究结果(朱介寿等,2006李延栋,2010An et al., 2006),滇西区域不具有印度板块与欧亚板块碰撞引起的岩石圈的汇聚与增厚的特性,腾冲火山区的岩石圈明显具有由软流圈上涌(地幔热物质上升)引起岩石圈的拉张与减薄的特性,呈现出穹隆状态.4 结论

本文采用腾冲火山区9个及周边4个宽频带地震台站的远震数据,利用P和S波接收函数的方法研究了火山区的地壳厚度、泊松比、岩石圈厚度及其变化.获得如下的研究结果:火山区地壳厚度分布在33.5~38.0 km之间,具有北南两端厚而中间薄的特征,呈中部上隆形态.地壳平均泊松比σ分布在0.262~0.322之间,有6个台站下方均为高泊松比值区,地壳内局部可能存在部分熔融,与前人推测的在马站东侧和腾冲—沙坝一带地壳内可能存有2个岩浆囊的认识基本一致,岩浆囊的空间区域范围需要进一步的确定.火山区岩石圈厚度在78.23~88.01 km之间,比周边地区都薄.在火山区的中部位置(腾冲火山断裂与盈江—陇川断裂的交汇处),地壳和岩石圈均又呈现出中央部位的再次隆起.

致谢 在本文完成过程中,诸多同行分别提供了其接收函数研究成果中有关的资料和计算方法等信息.两位匿名审稿人对本文提出了非常具体的修改意见和建议,这对本文的完善提供了巨大帮助,作者在此向他们表示衷心的感谢.
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