歐亞板塊、非洲板塊、阿拉伯板塊和印度板塊持續(xù)匯聚，形成土耳其-伊朗-青藏高原一線的大陸碰撞造山帶。在不同的地質(zhì)年代，陸陸碰撞作用造就安那托利亞、土耳其、伊朗、帕米爾和青藏高原。印度與歐亞板塊碰撞始于古新世至始新世中期(65-45 Ma)，阿拉伯與歐亞板塊的碰撞發(fā)生在晚始新世至中新世中期(40-13 Ma)，非洲板塊仍然以海洋板塊的形式在現(xiàn)今的地中海之下向歐亞板塊俯沖。大陸碰撞的構(gòu)造格局受控于三疊紀(jì)中期的古特提斯洋消亡、新特提斯洋閉合，以及后續(xù)的構(gòu)造過程。這些構(gòu)造運(yùn)動(dòng)包括海洋板塊俯沖，大尺度的轉(zhuǎn)換斷層，擠壓造山和地殼伸展等。區(qū)別于古老大陸和穩(wěn)定的地臺(tái)地區(qū)，造山過程通常伴隨著劇烈的熱運(yùn)動(dòng)，強(qiáng)烈影響著地殼和上地幔介質(zhì)的屬性和地質(zhì)塊體的流變學(xué)性質(zhì)，并由此產(chǎn)生諸如材料流動(dòng)，破碎，彈性模量改變，局部熔融等現(xiàn)象。地震波衰減的主要機(jī)制包括固有衰減和散射衰減兩部分。前者與熱激活過程直接相關(guān)，后者與介質(zhì)的非均勻性，例如破碎以及局部熔融包體等的存在以及它們的尺度存在密切關(guān)系。因此，利用主要在地殼內(nèi)傳播的地震Lg波能夠探測(cè)地殼內(nèi)物質(zhì)的溫度、壓力和含水等物理狀態(tài)。
地質(zhì)與地球物理研究所地球深部結(jié)構(gòu)與過程研究室趙連鋒副研究員與美國(guó)加州大學(xué)圣克魯茲分校的謝小碧研究員合作，利用寬頻帶地震資料，研究了Lg波在土耳其-伊朗高原地殼中的衰減，建立了該區(qū)域?qū)掝l帶高分辨的衰減模型（圖1）。他們比較了造山帶內(nèi)部及周邊地區(qū)地殼內(nèi)的衰減，上地幔頂部Pn波速度分布，和地震震源機(jī)制解的對(duì)應(yīng)關(guān)系（圖2），探討了該衰減模型對(duì)土耳其-伊朗高原形成的地球動(dòng)力學(xué)意義（圖3）。研究亮點(diǎn)包括：（1）利用地震衰減模型約束了土耳其-伊朗高原殼內(nèi)高溫異常的分布形態(tài)；（2）通過統(tǒng)計(jì)學(xué)方法建立了衰減與區(qū)域構(gòu)造之間的聯(lián)系，揭示了在土耳其-伊朗高原存在較厚的地殼和較強(qiáng)的衰減，但區(qū)別于青藏高原的巨厚地殼和強(qiáng)烈衰減，也不同于中國(guó)東北和華北地殼；（3）土耳其-伊朗高原地殼中地震波的高衰減區(qū)分布與上地幔頂部Pn波低速區(qū)分布存在較強(qiáng)的相關(guān)關(guān)系，揭示出二者可能具有共同的熱成因機(jī)制。
圖1 土耳其-伊朗高原及周邊區(qū)域?qū)掝l帶地殼Lg波衰減模型。
圖2 (a)地殼中Lg波Q值，(b)上地幔頂部Pn波速度，和(c)地殼內(nèi)地震事件的震源機(jī)制解、火山分布的比較。
圖3 沿穿過東土耳其高原剖面（圖2中藍(lán)線）各種地球物理與地質(zhì)學(xué)觀測(cè)結(jié)果的比較。(a)地表地形，(b)地殼-上地幔結(jié)構(gòu)示意圖與地震和火山分布，(c)寬頻帶Q值分布和(d)地殼Lg波Q值與上地幔頂部Pn波速度變化。
該研究結(jié)果近期發(fā)表于國(guó)際知名地學(xué)期刊《Tectonophysics》(Zhao, L.-F., and X.-B. Xie (2016), Strong Lg-wave attenuation in the Middle East continental collision orogenic belt, Tectonophysics, 674, 135–146, doi: 10.1016/j.tecto.2016.02.025.)。