新生代以來，印度板塊和歐亞板塊的持續碰撞造就了青藏高原。處于塊體強烈擠壓和剪切前緣的青藏高原東南緣，特別是川滇塊體南部，被認為是研究塊體相互作用和高原物質東南向擠出的關鍵區域。川滇南部中下地殼存在顯著的低速異常，可能是地殼軟弱物質逃逸或遷移的主要通道。多位研究者認為，沿小江斷裂帶南向運移的中下地殼軟弱物質越過紅河斷裂帶繼續南下。然而，受限于臺站分布不足和反演方法，已有的成像結果分辨率較低，低速物質的空間分布形態不明，形成機制尚未明確。

中國地震局地震預測研究所地震預測重點實驗室“地震各向異性與深部構造”創新團隊，基于團隊布設的密集寬頻帶流動地震臺陣（高原負責的HX Array和付媛媛負責的HXCZ Array）、云南地區固定地震臺站和喜馬拉雅Ⅰ期臺陣（ChinArray Ⅰ）記錄的背景噪聲資料（圖 1），使用姚華建教授課題組發展的三維面波和方位各向異性直接成像方法（DSurfTomo和DAzimSurfTomo），使用聯合不同觀測期臺站互相關數據的技術，獲得了紅河斷裂帶與小江斷裂帶交匯區迄今為止最高分辨率的三維S波速度和方位各向異性結構（圖 2）。

圖1 (a) 青藏高原東南緣構造背景和地震活動；(b)川滇塊體南部地震臺站分布圖

紅色圓圈代表大于等于 M_S6.0的地震事件，時間范圍是公元前1831至2022年。粗灰線表示塊體邊界。粉紅色虛線表示晚二疊紀峨眉山大火成巖省內帶和中帶邊界，黑色覆蓋區域表示峨眉山玄武巖分布。塊體名稱縮寫分別為：TP（青藏高原），SC（華南塊體），SYB（川滇塊體），ICB （印支塊體），QTB（羌塘塊體），YMTB （滇緬泰塊體），SCB（四川盆地）。紅色、綠色、黃色和藍色三角形分別表示流動地震臺陣HX Array、HXCZ Array、ChinArray Phase I和固定地震臺站。綠色覆蓋區域表示楚雄盆地（CX, Chuxiong basin）和思茅盆地（SM, Simao basin）。

研究結果顯示（圖 2），中下地殼塊體邊界斷裂帶附近存在兩個強方位各向異性的顯著低速區域：一個在小江斷裂帶中南段呈現大范圍 NNE?SSW向低速，另一個在紅河斷裂帶西北端附近呈 N?S向低速。獲得的高精度3D各向異性成像結果揭示了一個重要現象，沿小江斷裂帶南向運移的中下地殼軟弱物質并沒有越過紅河斷裂帶繼續南下，而是被紅河斷裂帶阻擋在北側，該結果澄清了之前的爭議，對區域地震危險性預測和深部動力模式探索研究具有重要的指示意義。結合多種地球物理和地球化學資料，研究認為小江斷裂帶中南段的低速主要是由地殼增厚導致長英質物質原位變形，快速剪切高熱可能進一步擴展了低速范圍；而紅河斷裂帶西北端的低速可能與青藏高原內部軟弱物質遷移有關，地球化學氦比高值暗示，低速還可能與地幔物質上涌引起的部分熔融相關。

圖2 川滇塊體南部地殼5-45 km的三維 S波速度和方位各向異性結構

背景色表示S波速度，深藍色短線的方向代表方位各向異性快軸方向，長度代表其強度。在(e)和 (f)中，區域 A和 B分別表示兩個顯著低速異常區域。其它符號含義同圖1。

圖 3 沿塊體邊界斷裂帶不同分區的S波方位各向異性

(a) 五個分區的位置?；趬K體邊界斷裂帶的地質結構，沿紅河斷裂帶和小江斷裂帶大致劃定了 R_N、R_M、R_S、X_S和 X_N區。(b) 每個分區不同深度范圍快軸歸一化玫瑰圖。每一列對應不同的區域，每一行對應不同的深度區間。紅線表示近 E?W方向的方位各向異性。其它符號含義同圖1。

塊體邊界斷裂帶在調節地殼變形方面具有重要意義（圖 3）。沿紅河斷裂帶，不同分段的方位各向異性快軸方向存在差異，可能與地殼東南向運動和各種地質構造運動引起的分段扭曲變形有關。沿小江斷裂帶，方位各向異性快軸方向呈 NNE?SSW向，與低速區空間延伸方向及地表峨眉山玄武巖排列取向相近。在塊體邊界斷裂帶交匯區的端部，復雜的方位各向異性快軸方向可能暗示了不同構造作用和多期地質過程。值得注意的是，交匯區端部 Moho之上直至 30 km深度范圍，出現局部的 E?W向方位各向異性，揭示了地幔物質對下地殼的可能侵入。

研究提出了一個區域地殼動力模型（圖 4）。來自青藏高原中下地殼的低速被峨眉山大火成巖省內帶呈貫穿全地殼的相對高速結構阻擋，導致區域地殼增厚和陡峭地形。結合印度板塊NE?SW向俯沖作用，軟弱物質積累在紅河斷裂帶西北端。受青藏高原 NW?SE向擠壓和兩側相對高速體共同阻擋，小江斷裂帶附近軟弱地殼增厚并發生部分熔融，導致軟弱物質形成定向排列。以~26°20′N為界，青藏高原東南緣的巖石圈各向異性表現不同特征：北部快軸近 N?S向，南部快軸近 E?W向。許多研究證實，在~26°20′N以南區域，印度板塊東向俯沖使得大量軟流圈物質上涌，加強了地殼的部分熔融以及殼幔之間的相互作用。

圖4 川滇塊體南部變形機制示意圖

粗白線表示XKS快波在約 26°20′N從北部 N?S向過渡到南部 E?W向的分界。26°20′N以南，紅色區域代表 25 km深度低速區。26°20′N以北，深紅色虛線表示延伸的低速區形態。在塊體邊界斷裂帶交匯端部印度板塊俯沖可能導致了軟流圈物質上涌可能有部分地幔物質侵入下地殼。沿紅河斷裂帶的不同顏色對應不同的分段；沿著主要斷裂帶的剪切長度代表斷裂帶的相對運動速率?？s寫為：AZF 安寧河-則木河斷裂；LXF 麗江-小金河斷裂。其它符號含義同圖1。

上述研究成果近期以“Low-velocity middle-and-lower crustal materials blocked by the red river fault in the SE margin of the Tibetan plateau”為題發表在國際地學期刊《Earth and Planetary Science Letters》。該期刊是由Elsevier BV出版的國際地球科學JCR一區TOP期刊（Nature Index期刊，影響因子4.80），致力于發表與地球科學和行星科學相關的原創研究論文，涵蓋了廣泛的研究領域，包括地球內部的構造和動力學、地球表層過程、地球化學、地球物理學、地質學、地球生物學和行星科學等。中國科學技術大學博士李瑩（現為預測所助理研究員）為本文的第一作者，高原研究員作為指導老師為文章的通訊作者，合作者包括中國科學技術大學姚華建教授、預測所聯合培養博士田建慧和王瓊副研究員。本研究得到國家自然科學基金重點項目（41730212）和中央公益性科研院所基礎研究基金（2021IEF0103）的聯合資助。

論文信息：

Ying Li, Yuan Gao, Huajian Yao, Jianhui Tian, Qiong Wang. 2024. Low-velocity middle-and-lower crustal materials blocked by the red river fault in the SE margin of the Tibetan plateau. Earth and Planetary Science Letters, 646, 118988. https://doi.org/10.1016/j.epsl.2024.118988.

撰稿人：李瑩 高原

審稿人：孟國杰