北山-阿拉善地区位于中亚造山带中部,新生代晚期受控于印度-欧亚板块的碰撞,发生了不同程度的陆内变形,是青藏高原与蒙古高原应力传递区,是研究印度-欧亚碰撞远程效应的关键地区。北山-阿拉善地区晚新生代变形区别于中亚造山带西段的天山以及阿尔泰地区,表现为发育一系列近东西向的左行走滑断层及其间一系列北东向的正断层及其控制的断陷(拉分)盆地。近东西向的左行走滑断层规模较大,走向延伸很长,成为北山-阿拉善新生代晚期变形的骨干构造。整体上北山-阿拉善地区之间的晚新生代变形是在北侧北东东向南蒙古—天山左行走滑断层和南侧北东东向阿尔金断层之间阶区内的变形,在这个左行-左阶的区域内,变形表现为边界走滑断层派生出的近东西向次级走滑断层(P剪切)和北东向伸展盆地(如额济纳盆地和旧井盆地)。该区域是一个左行张剪区域,使得该区成为区别于蒙古戈壁阿尔泰的右行压剪构造,而阶区内区域性的伸展导致了本区平坦的地势并成为主要的汇水盆地区。GPS速度场以及上地幔-下地壳各向异性资料表明,塔里木克拉通在青藏高原向北的扩展过程中起重要作用,青藏高原北缘上地幔-下地壳在遇到塔里木克拉通后沿着该克拉通东南边缘转向,向北东流动,而塔里木本身则继续向北北东传递应力,导致天山的崛起并挤压准噶尔盆地,进而形成了阿尔泰山北北西走向的右行剪切变形;向北东方向流动的上地幔—下地壳则导致北山-阿拉善地区以及南蒙古地区的晚新生代左行剪切变形,该地区的变形宏观上呈现弥散性特点,区别于塔里木-天山-准噶尔地区新生代变形集中天山和阿尔泰山一带的现象。

本文基于2017年7月8日至2017年8月2日在西准噶尔地区布设的一条100 km的线性台阵,从记录的三分量波形数据中计算出P波接收函数,采用接收函数逆时偏移(RF-RTM)方法获得了台阵下方地壳结构成像结果。结果表明测线下方扎伊尔山和准噶尔盆地结构差异较大:扎伊尔山下Moho界面平均深度为42 km,横向连续且起伏较小;准噶尔盆地下方地壳结构成像结果较复杂,盆地基底延伸至3 km深,盆地下方Moho界面沿着测线走向(北西-南东)深度逐渐加深,在测线最南东端达到50 km;另外,在准噶尔盆地下方35 km深处可看出一明显的速度异常界面,推测可能是由古生代大洋岩石圈残片造成。上述研究成果有助于加深对西准噶尔地区的大陆岩石圈形成和演化过程的理解。

贯穿中国大陆南北的大兴安岭—太行山—武陵山重力异常梯度带被认为是东亚重要的岩石圈分界线,本文利用布设在武陵山重力梯度带的43个国家地震局固定台站和10个流动宽频台站的观测数据,采用远震P波接收函数方法,计算并挑选了共计12 739条高质量的远震P波接收函数,综合其中7个台站H-κ叠加和46个台站H-κ-c叠加的结果,并结合前人结果获得了研究区的莫霍(Moho)界面起伏形态以及地壳平均波速比(v_P/v_S)分布和通过H-κ-c叠加方法获得相应台站下方地壳各向异性。结果表明研究区地壳厚度在30~52 km之间,其中最厚的大巴山区域超过50 km,最薄的雪峰山以东地区仅约30 km,整体特征表现为西厚东薄。Moho界面梯度变化最大的区域,北起秦岭—大巴山东侧一带,沿着江汉盆地与武陵隆起的盆山耦合处,南至江南造山带中段北侧;地壳平均波速比整体的分布特点表现为:高值(>1.81)普遍分布在武陵山重力梯度带以西地区,而低值(<1.75)分布以东地区以及江南造山带内部;地壳各向异性同样在武陵山重力梯度带两侧存在明显差异,以东地区快波最大极化方向为近E-W向, 而以西地区则表现为 NE-SW 向。最后,我们推测武陵山重力梯度带附近及以东地区存在普遍的下地壳拆沉现象。

共和盆地干热岩是我国首次钻获的干热岩,围绕其成因机制还存在诸多争议。基于前人资料和我们的热物性测试、地球化学及地球物理探测成果,通过综合研究,阐述了共和盆地干热岩成因机制与地球动力学过程:(1)印度与欧亚板块晚碰撞及后碰撞等一系列构造活动,导致了青藏高原北部的隆升和软流圈上涌、热侵等深部动力过程,在高原隆升蓄积的重力势能及其导致的重力浮力、青藏高原东北缘的侧向挤压应力、地幔拖曳力、软流圈热物质上侵热力等综合作用下,壳幔通道流沿岩石圈薄弱层(带)整体自西南向青藏高原东北部和共和盆地东北部流动。(2)板块(地块)缝合带、塑性流变韧性剪切带或高导低速体、深大走滑断裂带及其交汇部位等岩石圈薄弱层(带),是深部热物质自深至浅运移的壳幔通道。(3)深部地质结构的不均一使来自深部的热量在地壳浅部形成不均一性的聚集;岩石圈浅部的地下水活动、沉积/剥蚀作用与深部的岩石圈变形以及岩浆热对流等物质运动方式对热流的扰动;深部热流向热导率高的花岗岩类侧向运移等这些岩石圈热量自深至浅的不均一分配。本文突破了以往单因素和少数控热因素的共和盆地干热岩成因认识,阐明了由源(热源、力源)、通道到储、盖(层)的干热岩综合成因机制。