新生代印度-歐亞板塊持續(xù)碰撞導致了青藏高原的隆升及陸內(nèi)大型邊界斷裂的形成。阿爾金斷裂系是地球上最顯著的活動走滑斷裂系統(tǒng)之一，它是塔里木盆地與青藏高原北部的邊界。然而，阿爾金斷裂系統(tǒng)在印歐碰撞作用下的變形方式與隆升過程還不清楚。研究跨阿爾金斷裂系統(tǒng)的地殼結(jié)構(gòu)及陸內(nèi)變形特征對于理解青藏高原的隆升和向外擴展機制具有重要意義。
    阿爾金斷裂系統(tǒng)由1600km長的ENE走向的左旋阿爾金斷裂和該斷裂中段北部的北阿爾金斷裂，以及兩斷裂之間的菱形阿爾金山脈所組成（圖1）。阿爾金斷裂系統(tǒng)的陸內(nèi)變形模式取決于印度-歐亞板塊匯聚產(chǎn)生的應變分配方式。一種觀點認為阿爾金斷裂表現(xiàn)為左旋走滑運動，而北阿爾金斷裂為逆沖斷裂，走滑量有限。另一種觀點認為，阿爾金斷裂與北阿爾金斷裂均為左旋走滑斷裂。為研究阿爾金斷裂系統(tǒng)的陸內(nèi)造山及應變分配機制，中國科學院地質(zhì)與地球物理研究所武澄瀧副研究員、徐濤研究員、田小波研究員、Ross Mitchell研究員、楊建鋒特聘研究員、王新特聘研究員，聯(lián)合中國地震局物探中心林吉焱高級工程師、中國地質(zhì)科學院盧占武研究員等人，通過開展跨塔里木-阿爾金-柴達木的短周期密集地震剖面探測，利用接收函數(shù)方法揭示了研究區(qū)精細的地殼結(jié)構(gòu)。

圖1 阿爾金山構(gòu)造背景以及密集臺陣位置（紅色三角）。藍色十字為Ps轉(zhuǎn)換波50km深度穿透點。右上角小圖為所使用遠震事件。左下角小圖為青藏高原及周邊構(gòu)造單元圖，紅框和紅線分別代表研究區(qū)和測線，藍色箭頭為平均GPS速度場。TDF，塔東斷裂；CF，車爾臣斷裂；NAF，北阿爾金斷裂；NABF，北阿爾金分支斷裂；LF，拉配泉斷裂；ATR，阿爾金山脈；ATF，阿爾金斷裂
    高分辨率接收函數(shù)結(jié)果清晰顯示塔里木塊體向阿爾金山下方底沖（underthrusting）。東塔里木地殼約為50km，至阿爾金山下方地殼厚度逐漸變深至75km，西柴達木Moho隆升至45km后又變深。塔東隆起區(qū)結(jié)晶基底與康氏界面均表現(xiàn)出明顯的上隆特征。向東南傾斜的界面D1和D2分別代表北阿爾金斷裂及其分支斷裂。Moho深度與H-κ掃描所得地殼厚度一致，驗證了Vp/Vs波速比的可靠性（圖2）。東塔里木、阿爾金以及西柴達木平均波速比分別為1.84、1.75和1.77。用混合法進行波場模擬，得到合成地震記錄并進行CCP成像，合成記錄CCP與實際數(shù)據(jù)CCP主要特征一致證明所得地殼結(jié)構(gòu)可信（圖3）。
 

圖2 沿測線的綜合地球物理觀測。（a）應變率和布格重力觀測；（b）地形和臺站；（c）CCP圖像，黑色圓圈為地震事件；（d）和（e）中心臺站H-κ疊加得到地殼厚度與波速比。三個構(gòu)造單元的平均波速比用粉色實線表示
 

圖3 實際CCP圖像與合成記錄CCP圖像對比，以及Moho平衡剖面分析。（a）地形及臺站；（b）實際CCP圖像；（c）基于（b）構(gòu)建的二維Vp速度模型；（d）基于（c）進行波場模擬得到的合成地震記錄CCP成像結(jié)果；（e）平衡剖面分析得到的跨阿爾金山新生代地殼縮短量
    水平層狀地層表明塔里木盆地新生代沒有發(fā)生明顯變形，東塔里木地殼結(jié)構(gòu)反映了古老地質(zhì)事件的遺跡。塔東斷裂Moho錯斷位于塔里木盆地中部航磁異常帶，1.9Ga廣泛巖漿活動表明該帶為南、北塔里木兩地塊聚合形成的古元古造山帶，推斷塔東斷裂為南、北塔里木塊體聚合的縫合帶。泥盆紀天山-塔里木碰撞導致東塔里木殼內(nèi)界面的上隆，形成塔東隆起。東塔里木高波速比反映其地殼為鐵鎂質(zhì)組分，可能與二疊紀地幔柱活動相關。地幔柱與巖石圈相互作用將鐵鎂質(zhì)物質(zhì)侵入下地殼并強化了塔里木塊體。
    傾斜Moho與北阿爾金斷裂刻畫了塔里木下地殼向阿爾金山下方底沖，本研究傾向于北阿爾金斷裂是以逆沖活動為主的斷裂。結(jié)合GPS方向推測塔里木下地殼南向底沖到阿爾金山下方。塔里木與柴達木塊體斜向匯聚導致阿爾金山經(jīng)歷壓扭變形，上地殼在斜向匯聚力作用下沿北阿爾金斷裂及其分支斷裂擠出，形成沖起構(gòu)造（pop-up structure），造就了阿爾金山。上地殼增厚造成波速比降低，劇烈變形導致阿爾金山強地震活動性及高應變率（圖2）。阿爾金山下地殼底沖楔表現(xiàn)為高速、高密度、高布格重力異常，推測其在高壓作用下發(fā)生部分榴輝巖化。阿爾金斷裂下方近30km的Moho錯斷表明其為巖石圈尺度的深大斷裂。
    平衡剖面分析結(jié)合地貌學、測地學觀測推斷阿爾金山隆升于晚中新世。平衡剖面方法得到新生代阿爾金地區(qū)地殼沿NW-SE方向縮短18km（圖3），結(jié)合斷裂野外調(diào)查、GPS速度等推測地殼顯著縮短至少始于9-5Ma，與熱年代學、沉積學等方法得到的阿爾金山快速隆升年齡（晚中新世，約10Ma）基本一致，支持晚中新世以來阿爾金山陸內(nèi)變形顯著加劇的觀點（圖4）。
 

圖4 塔里木下地殼向青藏高原下方底沖（underthrusting）模型圖。白色箭頭表示GPS觀測指示的塊體相對運動方向。鐵鎂質(zhì)塔里木下地殼底沖至阿爾金山下方約75km處，底沖楔經(jīng)歷了部分榴輝巖化。斜向匯聚力導致上地殼物質(zhì)沿著北阿爾金斷裂及其分支斷裂擠出，形成阿爾金山脈的沖起構(gòu)造
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