緬甸位于印度板塊向歐亞板塊斜向俯沖的交匯位置，是研究板塊俯沖動力學(xué)的理想?yún)^(qū)域。板塊俯沖不僅使緬甸地表產(chǎn)生了強烈的變形，形成了長約1250 km的實皆斷層和南北走向的印緬山脈（圖1a），同時在深部也可能影響了該地區(qū)的地幔流場。描述殼幔變形和地幔流動的最有效和最常用技術(shù)之一是剪切波分裂，然而由于緬甸地區(qū)缺少寬頻帶地震臺站數(shù)據(jù)，對XKS（包括SKS、SKKS和PKS）震相的剪切波分裂分析僅局限在極少數(shù)臺站，致使目前對該地區(qū)地幔動力學(xué)及變形的認(rèn)識尚不清楚。
中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理所地球與行星物理院重點實驗室博士生范恩博與導(dǎo)師艾印雙研究員、何玉梅研究員及美國密蘇里科技大學(xué)Stephen S. Gao教授等人，基于2016年地質(zhì)地球所和緬甸地球科學(xué)學(xué)會、青藏高原研究所合作在緬甸中部布設(shè)的該國第一個密集流動地震臺陣所采集回的高質(zhì)量數(shù)據(jù)（圖1b），在XKS震相剪切波分裂分析的基礎(chǔ)上，輔以近震直達(dá)剪切波分裂和接收函數(shù)中Pms震相分析，系統(tǒng)研究了該區(qū)域各向異性的空間變化和主要來源深度，初步建立了研究區(qū)深部動力學(xué)模型。
圖1 (a) 緬甸及其鄰區(qū)構(gòu)造簡圖。藍(lán)色短棒表示前人的XKS分裂結(jié)果；(b) 本研究所用的地震臺站分布，其中白色三角表示只獲得了空解結(jié)果的臺站。CB：中央盆地；IBR：印緬山脈；Sagaing Fault：實皆斷裂；SP：撣邦高原
數(shù)據(jù)分析顯示，XKS剪切波分裂參數(shù)不隨反方位角周期性變化，研究區(qū)域的快波極化方向以NNW-SSE向為主，印緬山脈的快波極化方向為N-S向，且平均分裂時間最大：2.09±0.55 s（全球大陸地區(qū)平均值為1.0 s）。中央盆地北緯22.2°以南的快波極化方向為NW-SE向，以北為NE-SW向，平均分裂時間1.12±0.39 s。撣邦高原的平均分裂時間基本和中央盆地相當(dāng)，但是其快波極化方向向東逐漸逆時針偏轉(zhuǎn)到WNW-ESE向（圖2）。
圖2 (a) 單條XKS分裂結(jié)果200 km投影圖；(b) 單條近震直達(dá)S波分裂結(jié)果圖，背景為XKS分裂時間，藍(lán)色粗短棒表示地殼各向異性結(jié)果；(c) 空間平均后的XKS快波極化方向；(d) 每0.25°的平均XKS分裂時間
研究結(jié)果表明，緬甸中部可能存在受板片俯沖和回撤所驅(qū)動的三個地幔流動系統(tǒng)影響（圖3）。其中印緬山脈和中央盆地主要受到板下海溝平行地幔流的控制，研究區(qū)域東側(cè)撣邦高原主要受與海溝垂直的角流（corner flow）控制。除此之外，通過分析Pms震相得到的印緬山脈地殼各向異性為N-S向，分裂時間0.62 s，這表明上覆板片縮短所產(chǎn)生的N-S向地殼各向異性對在印緬山脈觀測到的大分裂時間有顯著貢獻(xiàn)。20個中央盆地臺站觀測的近震直達(dá)S波快波極化方向主要為N-S向，部分為E-W向，暗示了地幔楔可能既存在海溝平行的地幔流又存在角流。
圖3 緬甸下方地幔流動模式卡通圖
研究成果發(fā)表于國際權(quán)威學(xué)術(shù)期刊JGR-Solid Earth（范恩博，何玉梅，艾印雙*，Stephen S. Gao*，Kelly H. Liu，姜明明，侯廣兵，Chit Thet Mon，Myo Thant，Kyaing Sein. Seismic anisotropy and mantle flow constrained by shear wave splitting in central Myanmar [J]. Journal of Geophysical Research: Solid Earth, 2021: e2021JB022144. DOI: 10.1029/2021JB022144）。該成果受到國家自然科學(xué)基金等項目（91755214, 42030309, 41490612）的資助。