沈琳等-EPSL：华南陆块古老陆核残留的地震学证据

我要新鲜事2023-05-14 00:16:260阅

在Rodinia超大陆重建过程中，新元古代华南陆块究竟位于其内部还是边缘始终存在较大争议。华南陆块位于大陆边缘的外部模型来源于增生造山的拼合环境，位于大陆内部的模型则倾向于新元古代时期碰撞后的裂谷扩展环境。地质年代学和地球化学研究表明，在新元古代早期，华南陆块可能由具有不同起源和地质史的数个古老陆核或者微陆块拼合而成，从而支持华南陆块位于 Rodinia超大陆边缘的假设。这些组成华南陆块的古老陆核具有较高强度，难以被破坏，现今仍可能以古陆核残留的形式存在于地壳中。然而，显生宙以来华南陆块经受的多期次构造运动，特别是中生代西太平洋板块俯冲的强烈改造，掩盖了绝大部分地表前寒武纪岩石信息（图1），这些古老陆核的存在和现今分布需要由地球物理观测与地表岩石信息相结合的方式来约束。

图1 华南陆块及周边区域地表地形和主要地层分布图。(a)欧亚大陆东南缘地表地形以及使用的台站和地震事件分布图；(b)典型地层分布，其中地壳内太古宙信息由锆石U-Pb测年获得，数据来自Zhang and Zheng (2013)。图中缩写分别为： CB, 华夏板块；HM，喜马拉雅块体；HN，海南岛；ICP，印支块体；JNO，江南造山带；JSF，九江-石台断裂；JSPF，江南-绍兴-萍乡断裂；LH，拉萨块体；LMSF，龙门山断裂；NCC，华北克拉通；OB，鄂尔多斯盆地；QB，柴达木盆地；QDO，秦岭大别造山带；QM，祁连山脉；QT，羌唐块体；RRF，红河断裂；SB，四川盆地；SGB，松潘甘孜板块；TW，台湾岛；XJF，小江断裂；YC，扬子克拉通；ZDF，政和-大埔断裂

中国科学院地质与地球物理研究所地球与行星物理院重点实验室地震学学科组的博士研究生沈琳、导师赵连锋研究员和美国加州大学圣克鲁兹分校的谢小碧研究员与其他合作者一起，根据丰富的区域地震波形资料，开展了华南陆块及其周边地区地壳Lg波宽频带高分辨率衰减成像研究。地震波衰减对深部介质强度特征非常敏感，能够用于约束古老陆核的分布。宽频带衰减模型不仅反应了地下介质非弹性特征，而且包含着大量散射体信息，可以更全面地反应地壳内部物理特征。不同频带的地壳Lg波衰减结构总体基本相似，但往往具有不同的分辨率，它们与周边区域构造活动普遍存在良好对应关系（图2）。华南板块周边构造活动区域如松潘甘孜块体，川滇块体和台湾岛附近呈现强衰减（低Q值）特征。而华南陆块整体呈现弱衰减（高Q值）特征，与现今稳定构造环境相对应。中生代再造过程及随后发生的冷却结晶形成了坚硬的结晶基底。它们和深部潜在的古老物质共同贡献了华夏陆块的高Q特征。相对于华夏板块，四川盆地的Q值较低，这可能源于盆地表面较厚（～10 km）的沉积层降低了地震波的传播效率。

图2 若干参考频率下Lg波Q值分布图。(a-d)分别是0.5，1.0，1.5和2.0 Hz频率下的Lg波Q值图像，(e)为立体地形图。图(d)中标红色字母A，B和C的分别为云开、南岭和武夷山地体。图中地质构造单元与断层的缩写名称同图1，不同频率的Q值所用的色标不同

宽频带衰减模型显示，4个极高Q值区域分别位于华夏板块内部的武夷山、南岭和云开地区以及扬子克拉通西部的四川盆地。它们可能指示了地壳内古老陆核的分布（图3）。四川盆地地表较厚的沉积层掩盖了古老岩石的信息，但在周边区域仍然存在太古宙岩石分布。速度成像和大地电磁资料显示，四川盆地下方存在150 km厚的克拉通岩石圈根。因此，四川盆地之下的极弱衰减区块可能与太古宙古老陆核相对应。华夏板块的太古宙信息仅存在于碎屑和捕掳体锆石中，地表仅出露古元古代-新元古代岩石。地质年代学和地球化学资料显示华夏板块内部有着截然不同的前寒武锆石年龄谱，说明它们早期分属不同构造域，可能在新元古代时期聚合形成统一的华夏板块。因此，华南陆块可能由多个板块在新元古代早期经由碰撞增生形成，该构造环境支持华南板块在Rodinia超大陆聚合过程中处于边缘位置。Lg波衰减模型具有较高的横向分辨率，但因其对整个地壳采样，故无法区分地壳内不同层位的衰减。根据垂直分辨率较高的速度成像结果，华夏板块内潜在的古老陆核残留可能存在于上地壳，而中下地壳可能已被后期强烈构造活动所改造。

图3 穿过4个潜在古陆核的衰减-频率剖面、速度剖面及构造解释图。(a)地表高程；(b)和 (c)分别为2.0-5.0 Hz和0.2-2.0 Hz QLg扰动的频率剖面图；(d)速度剖面图 (Han et al., 2022)；(e)构造示意图。两条剖面所在的位置如图(f)中红色线段所示。(b)和(c)中的黑色曲线表示相对于背景值7%和9%的QLg扰动等值线。根据衰减模型推断出的SCB下方的古代大陆遗迹在(e)中用绿色区域表示，同时在(f)中也用虚线圈出，并标记其年龄。(f)中橙色区域为Shu (2006)提出的古陆残片的位置。图中缩写为YK，云开地体；NL，南岭地体；WY，武夷山地体

研究成果发表于国际地学期刊EPSL（沈琳，赵连锋*，谢小碧，杨庚，姚振兴. Extremely weak Lg attenuation reveals ancient continental relicts in the South China block [J]. Earth and Planetary Science Letters, 2023. DOI: 10.1016/j.epsl.2023.118144）。研究受到国家自然科学基金项目（41974054，U2139206，41974061和42104055）以及中国地震科学试验场项目（2019CSES0103）的联合资助。