青藏高原二次科考叢書||《南迦巴瓦地區(qū)巖石圈精細(xì)結(jié)構(gòu)與淺部響應(yīng)》

本書系“第二次青藏高原綜合科學(xué)考察研究”之南迦巴瓦關(guān)鍵區(qū)地球物理科學(xué)考察的總結(jié)性專著，亦系雅魯藏布江大拐彎地區(qū)地下結(jié)構(gòu)和地震地質(zhì)災(zāi)害研究之大成，由工作在青藏高原一線的科研人員共同撰寫。全書共7章，包括科考意義、目標(biāo)、內(nèi)容及區(qū)域地質(zhì)背景的概述；野外觀測(cè)數(shù)據(jù)分析處理方法的介紹；南迦巴瓦地區(qū)地殼、上地幔結(jié)構(gòu)的判識(shí)；南迦巴瓦地區(qū)地震、地質(zhì)災(zāi)害活動(dòng)規(guī)律的分析；深部與淺部圈層相互作用的探討等。本書的特點(diǎn)是通過(guò)科學(xué)考察獲得了寶貴的第一手觀測(cè)資料，為揭示喜馬拉雅造山帶大陸板塊強(qiáng)碰撞區(qū)深部結(jié)構(gòu)、發(fā)展青藏高原地球系統(tǒng)多圈層相互作用研究提供理論依據(jù)，為理解地震地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生機(jī)理、服務(wù)多民族聚集區(qū)防震減災(zāi)和工程建設(shè)提供數(shù)據(jù)支撐。

前 言

青藏高原是全球規(guī)模最宏大、特征最典型、時(shí)代最年輕的大陸碰撞造山帶，被譽(yù)為地球科學(xué)研究的天然實(shí)驗(yàn)室。青藏高原巖石圈結(jié)構(gòu)記錄了高原隆升、生長(zhǎng)、擴(kuò)展等重大事件的演化過(guò)程，影響著地震地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生和氣候環(huán)境的變遷。南迦巴瓦地區(qū)位于青藏高原東南部，地處喜馬拉雅山脈、橫斷山脈和念青唐古拉山脈的交會(huì)處，是喜馬拉雅東構(gòu)造結(jié)的核心部位。雅魯藏布江自西向東流至喜馬拉雅山脈東段，圍繞南迦巴瓦峰直轉(zhuǎn)南下，形成舉世聞名的雅魯藏布江大峽谷。由于印度-歐亞板塊的強(qiáng)烈擠壓與碰撞，喜馬拉雅造山帶被向北推擠了上百千米，地表發(fā)育深切地殼的逆沖和走滑斷裂，地震地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)，氣候環(huán)境變化強(qiáng)烈。因此，南迦巴瓦地區(qū)長(zhǎng)期以來(lái)備受各方關(guān)注，被認(rèn)為是深部結(jié)構(gòu)控制淺部，并影響生態(tài)環(huán)境變化的典型地區(qū)之一。

1982～1984年，中國(guó)科學(xué)院登山科學(xué)考察隊(duì)對(duì)南迦巴瓦地區(qū)開展了綜合科學(xué)考察，通過(guò)構(gòu)造地質(zhì)、巖石、生物地層、巖石化學(xué)與地磁測(cè)量等方面的考察及采樣，為研究南迦巴瓦地區(qū)的形成和地質(zhì)發(fā)展歷史積累了豐富的實(shí)地資料和標(biāo)本，由此提出南迦巴瓦地區(qū)處于不同構(gòu)造的交會(huì)復(fù)合部位，斷裂帶發(fā)育，地殼縮短量大，構(gòu)造應(yīng)力集中，導(dǎo)致南迦巴瓦峰大規(guī)模抬升，地震地質(zhì)災(zāi)害頻繁發(fā)生，是現(xiàn)代構(gòu)造運(yùn)動(dòng)活躍而強(qiáng)烈的佐證。2008年汶川地震以來(lái)，中國(guó)地震局等單位在青藏高原東南緣開展了大量實(shí)地觀測(cè)，對(duì)南迦巴瓦周邊地區(qū)的地球物理研究取得了一系列重要成果，揭示了印度板塊與歐亞板塊陸陸碰撞的深部物理過(guò)程，推進(jìn)和帶動(dòng)了世界各國(guó)對(duì)青藏高原和喜馬拉雅山脈進(jìn)行地球物理研究的進(jìn)程。

進(jìn)入21世紀(jì)，青藏高原研究被提升到了國(guó)家戰(zhàn)略的高度。2017年，我國(guó)“第二次青藏高原綜合科學(xué)考察研究”啟動(dòng)，對(duì)南迦巴瓦關(guān)鍵區(qū)巖石圈精細(xì)結(jié)構(gòu)與淺部響應(yīng)進(jìn)行了更加系統(tǒng)的地球物理學(xué)綜合考察。主要目標(biāo)是通過(guò)點(diǎn)、線、面相結(jié)合的探測(cè)方法，查明南迦巴瓦地區(qū)巖石圈精細(xì)結(jié)構(gòu)，揭示南亞水汽通道形成并進(jìn)而改變青藏高原東南緣生態(tài)環(huán)境的深部控制因素，考察東構(gòu)造結(jié)復(fù)雜構(gòu)造發(fā)育的深部原因，分析地震地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生機(jī)理和活動(dòng)規(guī)律，探討諸塊體之間的接觸關(guān)系，以及深部物質(zhì)與淺部圈層的相互作用機(jī)制，為完善板塊構(gòu)造理論、開發(fā)利用礦產(chǎn)資源、防震減災(zāi)服務(wù)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展提供依據(jù)。

摘 要

本書是“第二次青藏高原綜合科學(xué)考察研究”的重要成果之一，主要有以下認(rèn)識(shí)。

（1）以雅魯藏布江縫合帶為界，研究區(qū)核心地帶為高喜馬拉雅南迦巴瓦背斜構(gòu)造，背斜周邊為歐亞板塊拉薩地體。雅魯藏布江縫合帶作為印度板塊北東向碰撞俯沖的前緣地帶，斷裂發(fā)育集中，巖石破碎程度較高，以蛇綠巖和混雜堆積為特征，地震波速度偏低。在地殼淺部，地震波速度受到斷裂分布和巖石破碎程度的影響，沿著大型活動(dòng)斷層出現(xiàn)地震波低速異常現(xiàn)象，南迦巴瓦峰底部位于地震波的高低速異常過(guò)渡帶。地殼中的快波偏振方向和大小呈現(xiàn)結(jié)構(gòu)和應(yīng)力共同控制的特征，各臺(tái)站的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)間存在較大的橫波分裂參數(shù)和自身離散度差異，反映了南迦巴瓦地區(qū)復(fù)雜的構(gòu)造特征和劇烈的變形作用。印度板塊不斷地俯沖，導(dǎo)致南迦巴瓦地區(qū)發(fā)生整體抬升，形成復(fù)式背斜構(gòu)造，并導(dǎo)致南迦巴瓦峰的隆起。

（2）隨著印度板塊向歐亞板塊底部的俯沖，印度板塊的莫霍面深度自南向北逐漸增加，從約55km增厚至約75km。不同塊體的地殼厚度之間存在明顯的差異，南側(cè)相對(duì)較淺的莫霍面對(duì)應(yīng)的是俯沖的印度板塊，北側(cè)拉薩地體莫霍面較深并發(fā)生錯(cuò)斷，揭示了印度和歐亞板塊的莫霍面轉(zhuǎn)換區(qū)。上地幔各向異性波的延遲時(shí)間范圍為0.50～1.20s，巖石圈各向異性層主要位于上地幔，地殼和下地幔受到的影響較小。快波方向基本為北東方向，與印度板塊向青藏高原之下的俯沖方向一致，地表變形特征與深部上地幔變形特征大體一致，部分地區(qū)可能具有分層模式的特征。

（3）南迦巴瓦地區(qū)在1950～2023年共發(fā)生2.0級(jí)以上地震約1900次，包括1950年Ms8.6察隅地震、2017年Ms6.9米林地震和2019年Ms6.3墨脫地震。印度–歐亞板塊之間長(zhǎng)期強(qiáng)烈的擠壓碰撞，導(dǎo)致阿薩姆構(gòu)造結(jié)、桑構(gòu)造結(jié)和南迦巴瓦構(gòu)造結(jié)前緣發(fā)生擠壓變形。最為年輕的阿薩姆構(gòu)造結(jié)前緣與察隅島弧和桑構(gòu)造結(jié)發(fā)生強(qiáng)烈的擠壓碰撞，導(dǎo)致米什米逆沖斷裂和主前鋒逆沖斷裂同時(shí)發(fā)生破裂，是1950年察隅大地震發(fā)生的主要構(gòu)造背景。2017年米林地震震源深度為地表以下10km，震源位于北西—南東走向的西興拉斷裂帶附近，震源機(jī)制以逆沖型為主，兼有走滑成分，南迦巴瓦構(gòu)造結(jié)北東向的逆沖推覆活動(dòng)和青藏高原東南向的側(cè)向擠出是該地震發(fā)生的主要構(gòu)造背景。2019年墨脫地震震源深度為地表以下13.3km，桑構(gòu)造結(jié)相對(duì)于其西側(cè)南迦巴瓦構(gòu)造結(jié)的西向俯沖和北向推擠是該地震發(fā)生的主要構(gòu)造背景。

（4）受構(gòu)造運(yùn)動(dòng)、環(huán)境變化等多種因素的共同影響，南迦巴瓦及周邊地區(qū)多次發(fā)生大規(guī)模滑坡，包括2000年波密縣易貢滑坡、2017年茂縣滑坡、2018年江達(dá)縣白格滑坡、2021年米林市色東普溝滑坡，導(dǎo)致上游河道發(fā)生嚴(yán)重的堵江等次生災(zāi)害。通過(guò)發(fā)展單力源滑坡震源過(guò)程數(shù)據(jù)處理方法，分析了四次滑坡的動(dòng)力學(xué)過(guò)程。2000年易貢滑坡總持續(xù)時(shí)長(zhǎng)約為215s，主要滑動(dòng)階段加速滑動(dòng)約35s后達(dá)到最大速度，約為191m/s，明顯大于青藏高原東南緣近期發(fā)生的其他滑坡事件，是一次巨型高速滑坡，導(dǎo)致易貢藏布河道堵塞形成易貢湖。2018年白格滑坡總持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)度約95s，滑前調(diào)整階段高頻信號(hào)較低頻信號(hào)提前約25s發(fā)生，即在主要滑動(dòng)階段開始之前以高頻信號(hào)為主，表明滑坡以松散物質(zhì)分散作為運(yùn)動(dòng)的開始。2021年色東普溝滑坡總持續(xù)時(shí)間約為300s，根據(jù)地震波振幅測(cè)量和經(jīng)驗(yàn)距離衰減函數(shù)關(guān)系，估算體積約為50×106m3。寬頻帶地震波形可以遠(yuǎn)程探測(cè)滑坡事件的發(fā)生過(guò)程，有助于對(duì)滑坡事件的階段性動(dòng)力學(xué)參數(shù)進(jìn)行定量性分析。

（5）青藏高原濃縮了地球最完整的多圈層相互作用圖譜，其形成過(guò)程引起了全球海陸格局、地形地貌、生物演化和氣候環(huán)境的巨大變化，具有廣泛的資源環(huán)境效應(yīng)。南迦巴瓦關(guān)鍵區(qū)地球物理科考分隊(duì)基于大量的寬頻帶地震連續(xù)探測(cè)、短周期地震密集探測(cè)、寬頻帶與長(zhǎng)周期大地電磁聯(lián)合探測(cè)，獲取了深部結(jié)構(gòu)與地震活動(dòng)的第一手觀測(cè)資料，為探討深部與淺部圈層的相互作用提供了科學(xué)依據(jù)，初步揭示：大陸碰撞改變海陸格局和斷裂發(fā)育、大陸俯沖控制高原生長(zhǎng)和地震活動(dòng)、高原隆升改變氣候環(huán)境和災(zāi)害形成。青藏高原是發(fā)展板塊構(gòu)造理論、構(gòu)建地球系統(tǒng)科學(xué)理論的絕佳試驗(yàn)場(chǎng)。開展青藏高原關(guān)鍵地區(qū)地球系統(tǒng)多圈層相互作用研究，有助于我國(guó)在科學(xué)理論和技術(shù)創(chuàng)新方面實(shí)現(xiàn)新的突破。

青藏高原地區(qū)地震活動(dòng)

內(nèi)容介紹

本書是作者基于近幾年來(lái)在南迦巴瓦地區(qū)取得的研究成果，融入最新進(jìn)展而完成的著作。本書分為7章，主要內(nèi)容如下所示。

第1章是引言。主要介紹南迦巴瓦地區(qū)地球物理科學(xué)考察的意義、目標(biāo)、內(nèi)容，以及該地區(qū)地質(zhì)構(gòu)造背景等。南迦巴瓦是陸陸板塊強(qiáng)碰撞區(qū)，既存在地殼的強(qiáng)烈縮短和大規(guī)模隆升變形，又存在塊體以剛體形式向東擠出及順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，陸陸板塊碰撞過(guò)程與板塊構(gòu)造理論息息相關(guān)而又有顯著的區(qū)別，是國(guó)際地球科學(xué)研究的主要突破點(diǎn)。受構(gòu)造運(yùn)動(dòng)、地表隆升剝蝕、印度季風(fēng)水汽通道等多種因素的影響，南迦巴瓦地區(qū)是世界上內(nèi)陸地震、滑坡等自然災(zāi)害發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)最高的地區(qū)之一。如何保障多民族聚居區(qū)的可持續(xù)發(fā)展和重大工程建設(shè)的安全，是目前面臨的關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題和技術(shù)難題。

第2章是數(shù)據(jù)分析與處理。主要包括采用接收函數(shù)研究間斷面結(jié)構(gòu)、采用層析成像研究速度結(jié)構(gòu)、采用橫波分裂研究巖石圈各向異性、采用地震定位和波形擬合確定地震震源參數(shù)、采用波形分析計(jì)算滑坡動(dòng)力學(xué)過(guò)程、采用大地電磁數(shù)據(jù)獲得電性結(jié)構(gòu)等。地球物理學(xué)是基于觀測(cè)的學(xué)科，地球物理觀測(cè)數(shù)據(jù)處理涉及的算法和程序范圍廣、內(nèi)容多樣，而且仍然在不斷擴(kuò)展，本書重點(diǎn)介紹南迦巴瓦地球物理觀測(cè)資料的分析和處理方法。

第3章是南迦巴瓦地區(qū)地殼結(jié)構(gòu)。在地殼淺部，地震波速度容易受到斷裂分布和巖石破碎程度的影響，沿著大型活動(dòng)斷層會(huì)出現(xiàn)地震波低速異常和高導(dǎo)異常現(xiàn)象。雅魯藏布江縫合帶作為印度板塊北東向碰撞俯沖的前緣地帶，斷裂發(fā)育集中，巖石破碎程度較高。地殼中各向異性快波的偏振方向主要呈現(xiàn)為北北東方向，揭示了印度板塊向青藏高原下方持續(xù)不斷的俯沖作用是導(dǎo)致南迦巴瓦地區(qū)淺表復(fù)式背斜構(gòu)造形成和南迦巴瓦峰隆起的主要因素。

第4章是南迦巴瓦地區(qū)上地幔結(jié)構(gòu)。俯沖印度板塊的殼幔邊界（莫霍面）深度自南向北逐漸增加，從55km增厚至75km。不同塊體的地殼厚度之間存在明顯的差異，呈現(xiàn)出受深大斷裂控制的特征。嘉黎斷裂兩側(cè)分別是喜馬拉雅塊體與拉薩塊體，二者的莫霍面深度存在明顯差異，喜馬拉雅塊體具有較薄的地殼厚度，而拉薩塊體具有較厚的地殼厚度。南迦巴瓦地區(qū)地幔中的快波偏振方向基本為北北東方向，其外圍地區(qū)的快波偏振方向圍繞東構(gòu)造結(jié)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)。各臺(tái)站監(jiān)測(cè)結(jié)果的時(shí)間延遲范圍為0.50～1.20s，推斷巖石圈各向異性層主要位于上地幔。

第5章是南迦巴瓦地區(qū)地震活動(dòng)。南迦巴瓦及其周邊地區(qū)在1950～2023年共發(fā)生2.0級(jí)以上地震約1900次；20世紀(jì)以來(lái)共發(fā)生6.0級(jí)以上地震18次，包括1950年Ms8.6察隅大地震、2017年Ms6.9米林地震、2019年Ms6.3墨脫地震。米什米逆沖斷裂和主前鋒逆沖斷裂同時(shí)發(fā)生破裂，是1950年察隅大地震發(fā)生的主要構(gòu)造背景。2017年米林地震揭示了喜馬拉雅造山帶東部以大規(guī)模擠壓和右旋側(cè)向擠出為主的構(gòu)造活動(dòng)特征。在2019年墨脫地震震源區(qū)，桑構(gòu)造結(jié)相對(duì)于南迦巴瓦構(gòu)造結(jié)向北側(cè)推擠，形成不同構(gòu)造單元的過(guò)渡帶。

第6章是南迦巴瓦地區(qū)地質(zhì)災(zāi)害。南迦巴瓦地區(qū)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)強(qiáng)烈，在氣候變暖背景下，冰雪消融加劇，山地滑坡等各種地質(zhì)災(zāi)害日趨活躍，近地表物質(zhì)在長(zhǎng)期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)和環(huán)境變化作用下極易變形和失穩(wěn)。本書選取2000年波密縣易貢滑坡、2017年茂縣滑坡、2018年江達(dá)縣白格滑坡和2021年米林市色東普滑坡作為研究實(shí)例，獲得了滑坡發(fā)生的動(dòng)力學(xué)過(guò)程，建立了適合山地地質(zhì)災(zāi)害研究的方法，為進(jìn)一步研究青藏高原及其周邊地區(qū)滑坡地質(zhì)災(zāi)害奠定基礎(chǔ)。

第7章是深部與淺部圈層相互作用。包括大陸碰撞改變海陸格局和斷裂發(fā)育、大陸俯沖控制高原生長(zhǎng)和地震活動(dòng)、高原隆升影響氣候環(huán)境和災(zāi)害形成三部分內(nèi)容。青藏高原的隆升歷史是聯(lián)系地球深部動(dòng)力學(xué)、地表構(gòu)造運(yùn)動(dòng)和氣候環(huán)境變化三者之間耦合關(guān)系的紐帶。通過(guò)青藏高原南迦巴瓦這一“地球系統(tǒng)縮微模型”，揭示從地幔、地殼結(jié)構(gòu)到地震、地質(zhì)災(zāi)害的鏈?zhǔn)较嗷プ饔脵C(jī)制，為理解宜居星球演化提供第一手觀測(cè)資料和新的視角。

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全書內(nèi)容系統(tǒng)全面、資料嚴(yán)謹(jǐn)翔實(shí)、結(jié)構(gòu)邏輯嚴(yán)密，推動(dòng)青藏高原地區(qū)巖石圈精細(xì)結(jié)構(gòu)和淺部響應(yīng)研究的不斷深入。本書可供地球物理、構(gòu)造地質(zhì)等專業(yè)的科研、教學(xué)相關(guān)人員參考使用。

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本文摘自科學(xué)出版社2025年9月出版《南迦巴瓦地區(qū)巖石圈精細(xì)結(jié)構(gòu)與淺部響應(yīng)》一書，內(nèi)容有刪節(jié)。標(biāo)題為編者所加。

（本文編輯:徐詩(shī)穎 xushiying@mail.sciencep.com）

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