基于MT的青藏高原东南缘上地幔热结构研究 ——以兰坪—贵阳剖面为例
作者单位：中国地震局地球物理研究所
学位级别：硕士
导师姓名：朱涛;郭颖星
授予年度：2023年
学科分类：070904[理学-构造地质学] 0709[理学-地质学] 07[理学]
摘 要：地球内部的温度是地球物理学、岩石物理学和地球动力学等研究中的一个非常重要的物理参数。上地幔温度是其密度和强度(流变性)的主要控制因素,因而控制着对流地幔上部热边界层和力学边界层的动力学演化、以及板块俯冲的动力学过程,是岩石圈减薄和地球深部构造演化等的可能原因,因此研究上地幔热结构具有重要的意义。然而,确定上地幔温度结构是一个挑战,目前主要利用地震波速度和电阻率结构,结合矿物物理学和地热学资料和方法来获得。与地震波速度相比,电阻率对上地幔温度、流体/熔融体更加敏感,因此在研究上地幔温度结构中占有重要的地位。青藏高原东南缘位于我国西南部,地壳变形强烈,强震活动频繁,是青藏高原软弱物质运移的关键位置,研究其上地幔温度结构不仅有助于理解青藏高原的扩张机制,还有助于理解块体之间的相互作用。因此,本论文基于一条穿过青藏高原东南缘的大地电磁测深(MT)获得的电阻率剖面,结合岩石物理学方法,获得了其上地幔的温度结构。该剖面长约750km,起始于兰坪-思茅块体、穿过了川滇菱形块体、终止于华南块体。虽然本论文的研究方法是成熟的,但是,与前人相比,本论文的研究思路是新颖的,获得的结果更加合理。主要体现在:(1)采用了更加合理的上地幔矿物组分模型。前人在研究大陆上地幔温度结构时,建立矿物组分模型的实验数据采集于大陆和俯冲带,这是不合理的。因此,在建立本论文的矿物组分模型时,完全采用了来自大陆的岩石样品的实验结果;(2)采用了随深度变化的全岩含水量。前人在确定上地幔的温度结构时,采用了均一的全岩含水量。本论文的研究发现,采用任何一个均一的全岩含水量,均无法完全解释电阻率结构。要完全解释电阻率结构且获得合理的温度结构,必须采用随深度变化的全岩含水量;(3)将克拉通和非克拉通区域分开。克拉通和非克拉通区域的矿物含水分配比例存在明显差异。前人的研究对这两个区域采用了相同的分配比例,这是不合理的。本论文的研究结果表明,不含水的或含水但无局部熔融的上地幔矿物组分模型无法解释全部的青藏高原东南缘的电阻率结构。含水且存在局部熔融的模型才能解释全部的电阻率结构;采用均一分布的全岩含水量模型获得的温度结构仅在某个深度范围是合理的,即采用均一分布的全岩含水量模型无法获得整个电阻率剖面的上地幔的合理的温度结构,须采用随深度变化的全岩含水量模型,其在40 km深度约为4.69 wt%,然后急剧下降,到80 km深度约为0.2 wt%,之后缓慢下降,到150 km深度约为0.13 wt%;采用该全岩含水量模型,在电阻率结构和前人获得的深度平均的全球温度结构的约束下,获得青藏高原东南缘上地幔温度位于400～1300℃之间,呈现出由浅至深逐渐增加的总体趋势。在70km以浅的区域,华南块体(克拉通地区)下的上地幔温度约为400～800℃,明显低于川滇和兰坪—思茅块体(非克拉通地区)的800～1000℃;与70 km以深的区域相比,温度的横向变化相对强烈。在70km以深的区域,华南块体与川滇和兰坪—思茅块体下的上地幔温度差异明显比70km以浅的小得多,并且温度的横向变化很小,表现出明显的分层特征。青藏高原东南缘的上地幔矿物熔融程度位于0～1.4%之间,且随深度增加呈现出了先增加后减小的总体变化趋势。在65 km以浅的区域,华南块体的上地幔矿物几乎未发生熔融;然后随深度加深逐渐增加,到70 km附近矿物平均熔融程度达到最高,约0.51%,而局部最强矿物熔融出现华南块体东部,约0.91%;此后矿物熔融程度逐渐降低。川滇和兰坪—思茅块体的上地幔矿物在约45 km以浅几乎未发生熔融;然后随深度增加到70 km左右,矿物熔融程度逐渐增强,最大矿物熔融百分比约为0.8%,明显比华南块体高。在攀枝花和龙蟠—乔后断裂带、鹤庆—洱源断裂带、程海断裂带下的Moho面附近出现局部强烈熔融区,最大值分别达到约1.4%和1.1%;此后矿物熔融程度则逐渐降低。本文的结果对于理解青藏高原东南缘的上地幔热结构具有积极的作用,但是来自上地幔的捕掳体的含水量远远低于本文所获得的全岩含水量,可能意味着需要进一步改进模型,这将是我们下一步的研究工作。
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