大約從55個(gè)百萬(wàn)年之前開(kāi)始，來(lái)自印度板塊和歐亞板塊的持續(xù)擠壓和匯聚作用使青藏高原平均抬升達(dá)4 km，同時(shí)也導(dǎo)致了高原內(nèi)地殼和地幔物質(zhì)的大量流失。數(shù)值模擬和大地測(cè)量研究普遍認(rèn)為青藏高原東南緣是高原物質(zhì)向外運(yùn)移的主要通道。非常發(fā)育的深大斷裂將這一地區(qū)劃分為多個(gè)次一級(jí)構(gòu)造單元，其中東南向運(yùn)動(dòng)并順時(shí)針旋轉(zhuǎn)的川滇菱形塊體代表了地殼物質(zhì)逃逸的主要部分。地質(zhì)塊體的運(yùn)動(dòng)主要受到斷層走滑運(yùn)動(dòng)控制，因此地表觀測(cè)到的地殼形變主要集中在大型走滑系統(tǒng)周?chē)▓D1）。另一方面，在川滇菱形塊體內(nèi)部也觀測(cè)到一些彌散的形變。多種地球物理研究揭示出川滇菱形塊體地殼內(nèi)部存在低地震波速度、高電導(dǎo)率、高泊松比異常。因此在川滇菱形塊體內(nèi)部及周邊的中下地殼可能存在部分熔融，從而降低該部分的流變強(qiáng)度，使得地殼與下部物質(zhì)解耦，并在重力和橫向構(gòu)造應(yīng)力梯度的驅(qū)動(dòng)下發(fā)生地質(zhì)時(shí)間尺度的流動(dòng)，形成現(xiàn)今青藏高原東南緣寬闊平緩的地形。上述觀測(cè)和研究?jī)A向于支持“剛性塊體擠出”和“粘滯性地殼流”兩種物質(zhì)逃逸的模型，但對(duì)兩種模型之間的關(guān)系，峨眉山大火成巖省是否阻斷了地殼物質(zhì)運(yùn)移，地殼物質(zhì)逃逸最終止于何處，是否進(jìn)入中南半島等有關(guān)青藏高原東南緣地殼形變機(jī)制的關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題尚難作出滿意的回答。地震Lg波主要在地殼波導(dǎo)中傳播，其振幅衰減對(duì)地殼中的溫度、熔融和破碎等非常敏感。因此，利用Lg波振幅衰減測(cè)量地殼巖體的品質(zhì)因子Q值能夠?qū)Φ貧ぶ熊浀臒岬幕蚱扑榈膮^(qū)域有所識(shí)別，因而可用來(lái)約束地殼物質(zhì)逃逸的通道，對(duì)上述科學(xué)問(wèn)題提供解答。
圖1 青藏高原和中南半島地區(qū)地形圖?；顒?dòng)斷裂分布和地塊邊界分別用黑色細(xì)線和灰色粗線表示。圖中標(biāo)出了主要斷層（XSHF，鮮水河斷裂；LJF，麗江斷裂；XJF，小江斷裂；LCJF瀾滄江斷裂；DBPF，奠邊府?dāng)嗔眩?span>WCF，王朝斷裂；SGF，實(shí)皆斷裂）和地質(zhì)塊體單元（QT，羌塘塊體；SG，松潘甘孜塊體；LH，拉薩塊體；WS，川西塊體；SB，四川盆地；HM，喜馬拉雅塊體；CY，滇中塊體；BM緬甸塊體；SM，滇緬泰塊體；SL，思茅蘭坪塊體；YB，鶯歌海盆地；KP，呵叻高原）、全新世火山（紅色火山符號(hào)）、GPS水平運(yùn)動(dòng)方向和速度值（紅色箭頭）和相對(duì)穩(wěn)定的觀測(cè)速度值小于7 mm/yr的GPS臺(tái)站（淡黃色方塊）
中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所地球與行星物理院重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室地震學(xué)學(xué)科組的何熹博士、導(dǎo)師趙連鋒研究員、美國(guó)加州大學(xué)圣克魯茲分校的謝小碧研究員與其他合作者一起，通過(guò)收集青藏高原東南緣和中南半島地區(qū)3萬(wàn)多條垂直分量地震波形資料，開(kāi)展了高分辨率寬頻帶Lg波衰減成像研究。結(jié)果表明，青藏高原東南緣具有顯著的低Q值異常（圖2），與該區(qū)地殼內(nèi)存在的高泊松比、低地震波速度和高電導(dǎo)率異常相對(duì)應(yīng)。Lg波的強(qiáng)烈衰減不僅反映了由地殼塊體破碎引起的散射衰減，可能還包括深部高溫異常和部分熔融導(dǎo)致的粘彈性能量損失。結(jié)合當(dāng)代GPS資料和依據(jù)同位素古高度計(jì)給出的高原抬升史，可以推測(cè)青藏高原東南緣地殼物質(zhì)逃逸同時(shí)包含了淺部地殼的剛性塊體擠出和深部地殼的塑性流動(dòng)。這一組合模型較為符合高原材料的動(dòng)力學(xué)形變機(jī)制，同時(shí)也與該區(qū)域廣泛觀測(cè)到的諸多地質(zhì)學(xué)和地球物理學(xué)現(xiàn)象，例如地殼形變和地震活動(dòng)性，2000 m地形等高線和45 km地殼等厚度線向高原外部凸出的特征，南向延伸的低Q值異常帶等相一致，可能揭示了高原地殼物質(zhì)運(yùn)移的方式（圖3a）。根據(jù)Lg波Q值模型，推測(cè)地殼物質(zhì)在峨眉山大火成巖省周?chē)纬闪藦?fù)雜的分支和通道，并沒(méi)有被地殼底部殘留的地幔柱完全阻斷（圖3d）。緬甸塊體北部表現(xiàn)出顯著的低Q異常，可能與印度板塊東向俯沖和軟流圈熱物質(zhì)上涌有關(guān)。綜合上述分析，認(rèn)為殼幔物質(zhì)交換的動(dòng)力學(xué)過(guò)程弱化了地殼強(qiáng)度并產(chǎn)生了相應(yīng)的拉張應(yīng)力環(huán)境，因而降低了青藏高原東南緣地殼物質(zhì)逃逸的阻力（圖3c）。相對(duì)而言，呵叻高原和禪泰高原的Q值相對(duì)較高，據(jù)此推測(cè)逃逸地殼物質(zhì)并未進(jìn)入中南半島（圖2）。
圖2 (a) 1.0 Hz、 (b) 2.0 Hz和 (c) 3.0 Hz的Lg波Q值分布圖。圖中還標(biāo)出了主要斷層（黑色線條）、斷層展布（灰色線條）和全新世火山（紅色火山符號(hào)）。地質(zhì)構(gòu)造單元的縮寫(xiě)名稱參見(jiàn)圖1
圖3 青藏高原東南緣地殼構(gòu)造逃逸模型示意圖。(a) 寬頻帶Lg波Q值分布，圖中標(biāo)出了主要的斷裂（白色線條）和名稱（黃色字體）、地質(zhì)塊體單元（黑色字體）、峨眉山大火成巖省內(nèi)帶的位置（藍(lán)色虛線）、峨眉山玄武巖分布（黑色），2000 m地形等高線（深綠色線條）和45 km地殼等厚度線（淺綠色線條）、震級(jí)MS 大于5.5的地震的位置（白色空心圓）和三條剖面的位置（黑色實(shí)線）。(b, d, c) 分別是沿I、II和III剖面的地表地形、Moho面形態(tài)、Lg波Q值頻率剖面圖像，以及沿剖面的推測(cè)地殼逃逸的構(gòu)造模型
研究成果發(fā)表于國(guó)際權(quán)威學(xué)術(shù)期刊JGR-Solid Earth (何熹，趙連鋒*，謝小碧，田小波，姚振興. Weak crust in Southeast Tibetan Plateau revealed by Lg-wave attenuation tomography: Implications for crustal material escape [J]. Journal of Geophysical Research: Solid Earth, 2021, 126: e2020JB020748. DOI: 10.1029/2020JB020748)。 本研究受到中國(guó)地震科學(xué)實(shí)驗(yàn)場(chǎng)（2016 CSES 0203, 2019 CSES 0103）、國(guó)家自然科學(xué)基金（41630210, 41674060, 41974054, 41974061）的聯(lián)合資助。