基于三维速度和各向异性结构的喜马拉雅东构造结东南段地壳变形研究

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喜马拉雅东构造结是印度-欧亚板块陆陆碰撞的挤压过渡带，经历了剧烈的构造变形，其东南段是特提斯-喜马拉雅构造域从东西向转变为南北向的关键部位。为认识青藏高原隆升和演化动力学机制，地球学家提出了多种运动学模型（侧向挤压模型、地壳通道流模型和垂直连贯模型等），但这些模型在解释东构造结的变形机制仍存在争议。高精度三维壳幔结构和变形模型可为认识和理解复杂构造区深部构造特征和演化动力学机制提供重要依据。



图1研究区地壳S波速度和各向异性结构

NWSB(川西北地块), CYB(滇中地块), ICB(印支地块),YMTB(滇缅泰地块)。NJF(怒江断层), LCJF(澜沧江断层), JSJF(金沙江断层), RRF(红河断层), LNF(丽江-宁蒗断层), CHF(程海断层)。

中国地震局地球物理研究所常利军研究员团队与北京大学宋晓东教授合作，基于在东构造结东南段新布设的宽频带地震台阵，以及中国地震科学探测台阵I期和区域固定台网的观测数据，获得了研究区分辨率达25km的三维S波速度和各向异性结构（图1）。高精度的成像结果显示：东构造结东南段存在厚度不等的中、下地壳低速区，在多条断裂和高速岩体阻挡下，韧性物质主要局限于活动块体边界。径向各向异性结构揭示，高原内部低速带大多与正径向各向异性相对应。然而，由北至南低速带的各向异性强度逐渐减弱，局部地区转变为负径向各向异性（图2），不具备形成大规模连续的地壳通道流条件。分析认为具有正径向各向异性的地壳低速带揭示了部分熔融的局部物质流，而非大规模连续韧性流。



图2研究区S波速度、各向异性结构与地震的关系。

(a)-(b)各向异性的解释示意图。橙色虚线描绘了低速带(<3.45km/s)的轮廓。红色空心圆圈表示地震。(c)低速带内不同区块20-40km深处网格点对应的径向各向异性直方图。棕色条玫瑰图为本研究低速带内统计的快波方向，蓝色条玫瑰图表示低速带下方SKS波分裂统计的快波方向。(d)图1b震源区附近地层的S波速度异常和径向各向异性。

金沙江-红河断裂带两侧地壳变形存在显著差异，位于西侧的印支地块和滇缅泰地块地壳与上地幔顶部的径向各向异性存在由正到负的过渡。以北纬26.5°为界，壳内低速带的面波方位各向异性快波方向与SKS波分裂反映的上地幔各向异性快波方向在北部一致性较好，在南部二者差异较大（图2）。结合前人研究结果，推测印度岩石圈向东斜向俯冲引起的软流圈上涌和地壳横向缩短，使得印支地块和滇缅泰地块表现出不同的各向异性变形模式（图3）。此外，研究区地震的发生与地壳中的低速异常区或高、低速梯度区密切相关，几乎所有中强震震源区都表现出正的或弱的径向各向异性特征。研究认为中地壳熔体的伸展变形对地震活动有显著的控制作用。



图3地壳变形机制示意图。

本研究构建了东构造结东南段高分辨率的三维S波速度和各向异性模型，揭示了该区域地壳变形以部分熔融的局部物质流为主，中地壳熔体的伸展变形对地震活动有显著的控制作用。该成果2025年2月16日发表在国际学术期刊《Earth and Planetary Science Letters》(Huigui Sun, Lijun Chang, Xiaodong Song, Xingchen Wang. 2025. Crustal deformation across the southeastern flank of the eastern Himalayan syntaxis from 3D velocity and anisotropic structures. Earth Planet. Sci. Lett, 654, 119230. https://doi.org/10.1016/j.epsl.2025.119230)，受国家重点研发计划(2022YFF0800601)、国家自然科学基金(42074053、42374079)、中国地震局地球物理研究所基本科研业务专项(DQJB23Y32、DQJB19B30)共同资助。中国地震局地球物理研究所博士研究生孙回归为论文的第一作者，常利军研究员和宋晓东教授为论文的通讯作者。

【作者简介】
第一作者：孙回归，博士研究生。主要从事地球内部结构和各向异性的研究。