通过环境噪声和地震表面波层析成像技术来研究扎格罗斯山脉北部的碰撞带

扎格罗斯碰撞带地震层析成像揭示地壳低速层、高速度异常层及地幔高速度层，显示西北俯冲主导与东南复合变形的差异，并发现阿拉伯板块西北部地幔部分熔融。

　　
扎格罗斯碰撞带三维剪切波速度结构及碰撞机制解析

本研究基于伊朗西部与伊拉克东部新获取的地震数据，通过综合环境噪声与面波成像技术，首次构建了覆盖扎格罗斯造山带北段至中央伊朗区域的三维S波速度模型。该模型揭示了该碰撞带从地表到地幔顶部（200公里深度）的复杂速度结构特征，为理解大陆碰撞过程中的动力学过程提供了新的关键证据。

一、研究区域地质背景
扎格罗斯造山带作为阿尔卑斯-喜马拉雅造山系统的典型代表，记录了阿拉伯板块与欧亚板块持续碰撞的历史。研究显示该碰撞始于新生代早期（约晚白垩世），经历了软碰撞（低压变形阶段）向硬碰撞（高强度变形阶段）的演化过程。碰撞作用不仅导致造山带隆升，还形成了两个平行于造山带的火山弧——萨南达季-西尔贾安火山弧（SSZ）和乌尔米耶-多赫塔尔火山弧（UDMA）。这些次级构造单元的刚性特征与主碰撞带形成鲜明对比。

二、数据采集与处理方法创新
研究团队整合了多源数据：
1. 伊朗地震台网（IRSC）运营的21个永久观测站
2. 伊朗国家宽带地震观测网络（INSN）管理的10个站点
3. 西伊朗新布设的临时地震阵列（9个站点）
4. 伊拉克东部新建的永久观测网络
数据覆盖周期范围从7秒（环境噪声成像）到100秒（面波成像），显著扩展了传统研究的周期窗。

关键技术突破：
- 采用双平面波成像技术处理地震面波数据，提升深部成像精度
- 环境噪声分析结合相速度与群速度联合反演，有效抑制观测噪声
- 开发三维非线性格理反演算法，实现速度模型的空间连续性

三、主要发现与地质解释
1. 地壳结构异质性
- 深度5-20公里发现高速度异常带（Vs≈3.6km/s），对应SSZ区域基岩圈
- 中 crustal低速度层（20-30km深度）沿造山带延伸100-250公里，显示不均匀碰撞特征
- 中央伊朗区域出现厚度仅5-10公里的显著速度衰减层，与地壳增厚过程相关

2. 地幔结构分层特征
- 岩石圈地幔（40-80km深度）显示高速度异常（Vs≈4.7km/s）
- 北西部存在异常薄（约60公里）且冷的地幔 lid，与阿拉伯板块持续俯冲有关
- 东南部地幔存在周期性速度扰动，可能反映深部物质对流活动

3. 碰撞动力学机制差异
- 北西部：典型俯冲冲断机制，高密度物质向地幔迁移
- 东南部：俯冲冲断与板内变形协同作用，形成更复杂的速度结构
- 中央伊朗区域：存在区域性地壳增厚（30-40km）与地幔上隆耦合现象

四、重要新认识
1. 深部速度结构与地表形态的耦合关系
研究揭示低速度层（L1-L3）与地表抬升存在空间对应性。在造山带北段，低速度层向下延伸超过50公里，与大规模冲断滑动形成动力学关联。中央区域低速度层仅覆盖地表以下10公里，显示不同的变形机制。

2. 活动构造带的空间分异规律
- 火山弧（SSZ/UDMA）与主造山带呈10-15度交切
- 俯冲角度在造山带北段（平均45度）明显大于南段（平均30度）
- 地壳缩短量估算显示，北段地壳缩短量（40%）显著高于南段（25%）

3. 地幔热状态对碰撞过程的影响
热成像显示北西部地幔温度比东南部高400-600摄氏度，导致岩石圈厚度差异达30公里。这种热不均可能引发差异性的俯冲动力学，解释了为何相同碰撞机制在不同区域产生截然不同的速度结构。

五、对全球大陆碰撞的启示
1. 碰撞带三维结构的多尺度特征
研究证实大陆碰撞过程中存在多尺度结构（10公里至200公里），这挑战了传统二维模型假设。特别是地幔顶部（80-120km深度）的速度各向异性，可能与深部俯冲物质的相变有关。

2. 动态再平衡机制
高分辨率成像显示地壳-地幔界面的速度梯度可达±0.1km/s/km，这种局部不均可能驱动深部物质再分布。在造山带北段，这种梯度与俯冲角度的的空间变化存在显著相关性。

3. 活动大陆边缘的演化模式
研究揭示SSZ火山弧可能代表前碰撞阶段残留的俯冲带，其高速度异常（Vs≈3.8km/s）与主造山带（Vs≈3.6km/s）形成速度分界，暗示存在多个俯冲带复合作用。

六、研究局限与未来方向
1. 数据覆盖盲区
在伊朗与伊拉克边境地带仍存在约15%的观测盲区，可能影响南段速度模型的精度。

2. 深部结构成像挑战
地幔顶部（>150km）速度分辨率不足，需改进长周期面波成像技术。

3. 流体运移机制不明
虽然发现地壳低速度层与冲断层活动相关，但流体作用的具体影响仍需通过地球化学采样验证。

本研究建立的3D速度模型为理解大陆碰撞的时空演化提供了新框架。特别在揭示碰撞带内不同构造单元的动力学差异方面取得突破性进展，相关成果已应用于指导该区域深部探测工程和地壳稳定性评估。