利用Love波层析成像技术和径向各向异性分析，揭示了青藏高原东部和东北部下方地壳的塑性流动范围以及阿尔xa地块的俯冲作用

《Journal of Geodynamics》：Love-wave tomography and radial anisotropy reveal crustal ductile flow extent and Alxa block underthrusting beneath eastern and northeastern Tibet

本研究利用Love波散射数据构建了西藏东部及东北部地区至60公里深度的三维横波速度模型，结合现有纵波速度模型分析径向各向异性结构，确定了东北西藏中下地壳塑性流动范围，并通过磁电法验证排除干扰因素，确认了流动边界的可靠性。发现祁连造山带下方存在孤立低横波速度异常，可能由阿克赛斯块体南向滑移引发的幔源物质上涌所致，提出概念模型解释该现象，为西藏高原动力学提供了新见解。

　　

吴腾飞|张双喜|邹晨阳|华玉金|陈萌

湖北理工学院土木工程与建筑学院，黄石435003，中国

摘要

西藏东部和东北部（NE）地区是研究青藏高原演化历史、抬升机制及向外扩展的自然实验室。在本研究中，我们利用环境噪声层析成像技术，基于165个地震站记录的基本模式Love波扩散测量数据（5–40秒），构建了一个延伸至西藏东部和东北部地下60公里深度的三维地壳SH波速度（V_SH）模型。通过将我们的V_SH模型与现有的三维SV波（V_SV）模型相结合，我们推导出了研究区域的径向各向异性结构。通过对V_SH和径向各向异性结构的综合分析，我们确定了西藏东北部中下地壳可能的塑性流动范围。与先前的大地电磁成像结果进行交叉验证，有助于排除非流动机制（例如矿物晶格优选方向）对塑性流动边界识别的干扰，从而确认了我们划分结果的可靠性。值得注意的是，我们的模型揭示了祁连造山带下方存在一个低V_SH异常区，我们认为这是由于阿尔察地块向南俯冲导致地幔物质上涌所致。为了解释这一现象，我们提出了一个概念模型。这些发现为西藏东部和东北部的深层动态过程提供了新的见解。

引言

在新生代时期，印度板块与欧亚板块之间的持续碰撞和挤压（Molnar和Tapponnier，1975年；Rowley，1996年）引发了青藏高原（TP）强烈的构造变形和地震活动增强，形成了复杂的地壳结构。这一过程涉及高原物质的东-西向构造运动，该运动受到周围地质结构的显著限制（Li等人，2019年；Zhao等人，2021年；Wu等人，2024年）。在东南方向，运动受到四川盆地（SCB）的阻碍；而在东北方向，则受到羌塘盆地（QDB）和四川盆地的共同控制（图1）。这两种限制导致高原物质分别向东南和东北方向流动（Royden等人，2008年），形成了明显的南北向地震带（Wang，2001年）。作为高原物质向东北方向外涌的关键通道，西藏东北部在调节大陆内部岩石圈变形中起着关键作用。因此，对该地区地壳结构的系统研究不仅对于理解区域构造演化至关重要，而且对于揭示青藏高原的抬升机制也具有重要意义。

多学科研究在该地区取得了显著进展。大地测量学研究表明，现今西藏东部和东北部的垂直地壳变形主要由抬升作用主导（Su等人，2018年）。地震学研究显示，西藏东北部的中下地壳通常表现出低P波速度（Sun和Zhao，2020年）、低S波速度（Jiang等人，2014年；Zhang等人，2015a年；Li等人，2022a年）、低表面波速度（Wang和Gao，2018年）、低Q值（Zhao等人，2013年）以及高泊松比（Wang等人，2017年）。Jiang等人（2014年）报告称西藏东北部地壳中存在广泛分布的低速层，其空间分布特征与先前提出的地壳通道流动模型一致，表明该地区存在向东北方向延伸的中地壳流动通道。Zhang等人（2015a年）利用远震P波接收函数构建了西藏东北部地壳的S波速度结构，他们的结果表明下地壳粘度较高，并得出结论认为西藏东北部的下地壳流动尚未完全发育。Sun和Zhao（2020年）利用三维P波各向异性层析成像技术在中下地壳中识别出广泛的低速区，并将其归因于区域性地壳流动。他们提出这种流动受到周围刚性地块的阻碍，限制了其向东的流动，但可能对垂直地壳变形有显著贡献。Li等人（2022a年）记录了西藏东北部中下地壳中的区域低V_s和高V_p/V_s异常，将其解释为粘性流动的潜在特征，主要局限于祁连缝合带（QLS）以南。大地电磁调查进一步证明了西藏东北部存在高导电性和机械强度减弱的地壳，为潜在的地壳流动模式提供了额外的约束（Rippe和Unsworth，2010年；Wei等人，2014年）。综上所述，这些多学科观测表明，部分熔融或塑性流动主要发生在西藏东北部的中下地壳。然而，这种塑性流动的空间范围仍存在争议。此外，许多研究报道了祁连造山带下方下地壳中的孤立低速异常（Bao等人，2013年；Li等人，2014年；Ding等人，2017年；Zhou等人，2023年），但这些孤立异常的形成机制仍不明确且存在争议。

鉴于上述争议，本研究利用部署在西藏东部和东北部的中国数字地震阵列的数据，通过环境噪声Love波层析成像技术构建了一个高分辨率的SH波速度（V_SH）模型。结合之前发布的该地区的V_SV模型（Wu等人，2024年），我们进一步推导出了区域径向各向异性结构。与依赖单一速度模型的先前研究相比，我们的三维V_SH模型和所得到的径向各向异性结构为识别塑性流动提供了更强的侧向约束，为解决现有争议提供了独立证据。这些发现对于阐明青藏高原抬升和侧向扩展的深层动态机制具有重要的科学意义。

节选内容

地震数据集和Love波互相关计算

本研究基于165个地震站连续记录的十八个月的三组分（N、E和Z）波形数据，这些数据来自西藏东部和东北部地区。数据集来自国际地震科学数据中心，时间跨度为2015年1月至2016年6月。站点分布见图1b。

Love波具有独特的传播特性，其粒子运动完全水平且没有垂直位移，因此需要专门的

Love波相位速度层析成像

本研究采用Ditmar和Yanovskaya（1987年）提出的正则化反演方法对西藏东部和东北部的Love波相位速度进行层析成像。该方法引入了平滑约束，以稳定反演过程，并确保数据拟合与模型平滑度之间的适当平衡。根据射线路径理论，观测到的Love波相位速度扰动（$\delta c_i）与离散模型中的速度扰动之间存在线性关系$

V_SH反演策略和实现

Love波相位速度图有效地揭示了不同时间段内的横向速度变化（图5）。如图7所示，对八个代表性时期的深度敏感性核分析表明，40秒Love波对40至60公里深度范围内的变化最为敏感，这为我们的V_SH结构反演提供了大约60公里深度的可靠约束。在本研究中，我们采用了Herrmann（2013年）开发的最小二乘反演方法，这是一种迭代方法

西藏东北部中下地壳的塑性流动范围

青藏高原的形成机制一直是地球科学领域的热点话题。普遍认为，青藏高原的形成是由于新生代以来印度板块与欧亚板块的持续碰撞。然而，导致地壳增厚和高原物质向外扩展的地质动力学过程仍存在很大争议。一种观点认为，地壳增厚和高原物质的扩展主要归因于沿主要走滑断层的构造挤压

结论

本研究基于165个地震站的数据，利用环境噪声Love波层析成像技术构建了西藏东部和东北部地壳的三维V_SH模型。我们进一步利用该地区先前建立的三维SV波（V_SV模型计算了径向各向异性分布。通过分析V_SH和径向各向异性结构，并将其与之前的大地电磁成像结果进行比较验证，我们确定了西藏东北部中下地壳塑性流动的范围。

CRediT作者贡献声明

吴腾飞：撰写 – 审稿与编辑，撰写 – 原始草稿，软件开发，资金获取，数据管理。张双喜：撰写 – 审稿与编辑，监督，方法论研究，数据管理，概念构思。邹晨阳：撰写 – 审稿与编辑，数据调查，数据管理。华玉金：撰写 – 审稿与编辑，验证，数据调查，数据管理。陈萌：撰写 – 审稿与编辑，验证，数据管理。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的可能会影响本文研究的财务利益或个人关系。

致谢

本研究使用的地震数据可向国际地震科学数据中心（http://www.esdc.ac.cn/）索取。我们衷心感谢该中心提供的波形数据。本研究得到了湖北省自然科学基金（2025AFD013）和国家自然科学基金（42374061 和 42074176）的联合支持。