朱威谋等-GRL: 安纳托利亚地壳Lg波衰减成像及其对地幔上涌和高原隆升的启示

导语：朱威谋等-GRL: 安纳托利亚地壳Lg波衰减成像及其对地幔上涌和高原隆升的启示

安纳托利亚高原位于巨大的特提斯造山带的中心位置，北侧为黑海和欧亚大陆，南侧作为新特提斯洋残留的地中海板块和阿拉伯板块并肩向北运动，其间存在洋陆俯冲向陆陆碰撞相互转换的过渡区，构造复杂，地形多变，火山和地震运动频繁(图1)。2023年2月6日，高原东南部发生Mw7.8和Mw7.5两次大地震，地震造成了巨大的破坏，震中位于安纳托利亚板块与阿拉伯板块碰撞前缘处的东安纳托利亚断层带上。由于东部阿拉伯板块的向北碰撞挤压和中西部沿海伦-塞浦路斯岛弧大洋板片的俯冲和回撤，安纳托利亚高原经历着向西的构造逃逸。在这种洋陆俯冲向陆陆碰撞转换的过渡区域，俯冲环境的剧烈变化有可能诱发一系列板块和下伏地幔中的复杂过程，例如板块回卷、断裂，岩石圈地幔整体拆沉和粘性滴落等。安纳托利亚高原晚新生代火成岩非常发育，包括高原东部的东安纳托利亚火成岩省(EAVP)、中部的卡帕多西亚火成岩省(CVP)和迦拉太火成岩省(GVP)。这些火山活动可能与俯冲板块向西撕裂和软流圈热物质上涌有关。然而，由于俯冲-碰撞板片演化与上覆岩石圈板块相互作用的复杂性，安纳托利亚高原由东至西差异化隆升和火山活动的动力学机制仍存在争议。俯冲和碰撞转换所引起的地壳响应成为理解深部动力学过程与高原隆升和地表火山活动之间联系的重要线索。

图1 安纳托利亚高原地形和周缘构造图。图中主要走滑断层带由标明错动方向的黑线表示，俯冲碰撞带由标明俯冲方向三角的黑线表示。绿色火山符号表示现今火山分布；带数字的红色箭头表示板块相对于稳定欧亚板块的移动速度，单位为(mm/yr)(Reilinger et al., 2006)。黑色虚线表示海洋地壳到大陆地壳的过渡(Granot, 2016)。BZS (Bitlis-Zagros suture)：比特利斯-扎格罗斯缝合带; EAFZ (East Anatolian fault zone)：东安纳托利亚断层带；NAFZ (North Anatolian fault zone)：北安纳托利亚断层带；CAFZ (Central Anatolian fault zone)：中安纳托利亚断层带。右下小图展示了经简化的安纳托利亚地区地层信息(Pawlewicz et al., 1997)。CVP：卡帕多西亚火成岩省；GVP：迦拉太火成岩省；EAVP：东安纳托利亚火成岩省

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震学学科组的博士研究生朱威谋、导师赵连锋研究员和美国加州大学圣克鲁兹分校的谢小碧研究员与其他合作者一起，开展了安纳托利亚高原地壳Lg波衰减成像研究。该工作旨在利用在地壳内传播的Lg波振幅衰减揭示地下热物质的赋存形态，从而能更深入地解释深部动力学过程以及与此相关的地壳响应。他们利用安纳托利亚高原地区高密度、高质量的宽频带地震资料，采用单台-双台-双事件联合层析成像方法，建立了高分辨率宽频带Lg波衰减Q值模型 (图2)。将上述地震波衰减结果与其他地球物理观测结果，例如地震波速度成像、GPS地表位移速度和大地电磁等相结合，获得了对安纳托利亚高原俯冲环境转换及相应动力学过程的新认识。

图2 宽频带Lg波Q值分布图。图中(a) ，(b)为安纳托利亚东部和中部两个沿经度方向剖面的位置。红色五角星标明2023年2月6日发生的Mw7.8和Mw7.5两次大地震的震中位置

宽频带地壳Lg波衰减模型表明，阿拉伯板块和安纳托利亚板块内部存在巨大差异。比特利斯-扎格罗斯缝合带(BZS)标志着阿拉伯板块与欧亚大陆碰撞的前缘，与东安纳托利亚断层带相连的死海断层带标志着阿拉伯板块与地中海板块之间的边界，上述板块边界与衰减结果呈现强烈变化的位置十分吻合。2023年2月6日发生的Mw7.8和Mw7.5两次大地震的震中均位于地壳Lg波Q值显示强烈变化之处。安纳托利亚高原的Lg波Q值远低于阿拉伯板块，但衰减特征由东向西存在明显差异，与高原东西部俯冲环境转换有关。安纳托利亚东部低Q值异常区域可能指示了深部比特利斯板片断裂，进而软流圈热物质大规模上涌，使得地壳物质发生部分熔融，从而导致高原隆升和强烈火山活动(图3a)。安纳托利亚高原中部存在一个显著的环形低Q异常区，可能源于塞浦路斯和爱琴海板块撕裂和岩石圈地幔滴状构造造成软流圈热物质沿两侧上涌并侵入地壳，导致安纳托利亚高原中部南北两侧快速隆升和火山活动(图3b)。

图3 安纳托利亚高原剖面图。(a)和(b)分别为安纳托利亚东部和中部两个沿经度方向剖面的比较，剖面位置见图2。从上到下依次为①地形与地震活动，②QLg的频率剖面图，③岩石圈S波速度(Kaviani et al., 2020)，④地幔S波速度扰动(Kounoudis et al., 2020)，⑤从安纳托利亚东部向中部由碰撞到俯冲转换的动力学模型示意图

研究成果发表于国际学术期刊GRL (朱威谋, 赵连锋*, 谢小碧, 何熹, 张蕾, 姚振兴. High-resolution broadband Lg attenuation structure of the Anatolian crust and its implications for mantle upwelling and plateau uplift[J]. Geophysical Research Letters, 2023, 50: e2023GL103470. DOI: 10.1029/2023GL103470)。研究受到国家自然科学基金重点和面上项目(41630210, U2139206, 41974061, 41974054)和中国地震科学实验场项目(2019CSES0103)的联合资助。

美编：傅士旭（华东师大）

校对：万鹏（地质地球所）