JGR：塔里木盆地-阿尔金山耦合作用的沉积特征与浅部地壳响应——来自短周期接收函数的约束

浅部地壳速度结构记录了沉积层序与厚度变化、断裂几何形态及基底起伏等地质构造特征，是认识区域沉积演化和盆—山耦合变形过程的重要依据。塔里木盆地是发育于塔里木地块之上的大型盆地，自震旦纪以来经历了长期沉积充填和多期构造演化，形成了由前寒武纪基底和显生宙沉积盖层组成的“基底—盖层”结构，其内部还发育断裂带、隆起和坳陷等复杂构造单元。盆地东南缘毗邻阿尔金造山带，是塔里木块体与青藏高原北缘相互作用的关键区域。阿尔金断裂（ATF）和北阿尔金断裂（NAF）分别构成阿尔金山的南、北边界（图1），控制着区域构造变形。已有岩石圈尺度结构研究认为，在印度—欧亚板块碰撞背景下，塔里木盆地可能底冲至青藏高原北缘下方，并成为驱动阿尔金山隆升的主要原因之一（例如，Zhang et al., 2015；Wang et al., 2024；Wu et al., 2024）。然而，受台站覆盖和成像方法限制，对该区域浅部地壳结构仍缺乏有效约束，亟需开展高分辨率结构成像研究，揭示浅部地壳隆升变形与深部构造过程之间的联系。

图1 区域地质背景和地震台站分布。黑色三角表示短周期地震台站；图b黄色数字表示台站编号，红色线条表示断裂的地表位置；ETB：塔里木盆地东部；ATR：阿尔金山；WQB：柴达木盆地西部；ATF：阿尔金断裂；NAF：北阿尔金断裂

近年来，基于单台多频接收函数波形及P波质点运动信息的联合反演方法已广泛应用于宽频带地震台阵数据，并实现了10-15 km以浅地壳S波速度（Vs）结构的高分辨率成像（例如，杨睿豪等，2024; Wang et al., 2022; Li et al., 2024）。然而，相较于宽频带台站，短周期台站数据信噪比低，记录时间短、远震数量有限，该方法是否适用于短周期台阵资料尚缺乏系统评估。

依托第二次青藏高原综合科学考察布设的塔里木—阿尔金—柴达木短周期密集台阵（图1），中国科学院地质与地球物理研究所博士研究生杨睿豪、陈凌研究员、王旭特聘副研、徐涛研究员与新加坡南洋理工大学白一鸣博士、中国地质大学（北京）何登发教授合作，通过合理的数据预处理及相邻台站数据的叠加分析，提高了用于反演的短周期数据质量，并引入蒙特卡洛算法发展了能够有效压制多解性、评估Vs模型不确定度的非线性反演方法。对不同构造单元典型台站的多频接收函数波形和质点运动曲线进行联合反演，获得的Vs结构与构造特征相对应（图2），体现了成像方法的有效性。此外，研究不仅可获得沉积层底界面深度分布，还实现了对界面锐度的定量约束（图2a、图2d）。

图2 两个典型台站的Vs结构反演结果。(a-c)塔里木盆地东部台站；(d-e)阿尔金山区台站。(a, d) Vs反演模型（绿色曲线）及其不确定度（灰色误差棒）。粉色横线代表沉积层底界，粉色阴影区表示其不确定度。借助Vs及其垂向梯度进行划分，两条蓝色虚线之间的深度范围被定义为沉积层底界面厚度（反映界面尖锐程度）；(b, e; c, f)多频接收函数波形和质点运动曲线的反演拟合效果。单台数据由相邻2 km范围内台站数据叠加获得

将单台反演结果进行横向对比与联合，研究团队最终构建了沿短周期密集台阵二维高分辨率Vs结构模型（图3）。Vs分布（图3a）、Vs横向扰动（图3b）和垂向梯度剖面（图3c）与地表地质特征高度吻合，进一步表明反演结果合理、可靠。塔里木盆地和柴达木盆地浅部均发育横向连续的低速异常（<2.6 km/s），分别对应平均厚度为~4 km和~3 km的沉积层（图3a、图3b）。相比之下，阿尔金山区浅表低速层明显变薄（图3a），且层内相对高速（图3b）、Vs垂向梯度较高（图3c），对应沉积层厚度不足1 km，甚至局部缺失。此外，盆地内部由沉积层向基底波速呈渐变过渡特征，而阿尔金山区则表现为相对尖锐的速度不连续面（图2a、图2d，图3a、图3b），指示研究区沉积层厚度与其底界面尖锐程度（界面厚度）之间存在反相关关系。

图3 沿地震台阵二维浅部地壳Vs分布(a)、Vs横向扰动(b)和Vs垂向梯度(c)图像。图a中，速度剖面上方显示了塔里木盆地东部地形；黑色三角形表示台站位置，台站编号标注于上方；黑色点划线为反演得到的沉积层底界面深度；青色虚线为2.6 km/s等值线；粉色阴影形态的横向变化反映沉积层底界面厚度的区域差异；图3c中粉色与棕色虚线推测分别对应古新世和晚寒武世沉积底界，二者之间为低Vs梯度层；HVZ：高速带

新的浅部地壳模型揭示塔里木盆地东部具有精细沉积分层结构。新生代以来，阿尔金山的隆升导致大量松散沉积物向塔里木盆地输送，使沉积层顶部表现为低Vs和高Vs梯度特征（图3）。在~1 km深度处，塔东隆起两侧沉积层内部发育低Vs梯度层（图3c），可能对应连续沉积的上寒武统—二叠系地层。该时期研究区的构造活动相对较弱，沉积稳定，地层压实程度高，因而Vs随深度变化小。在接近基底时，Vs梯度再次升高，对应沉积盖层向结晶基底的转变。而塔东隆起下方低Vs梯度层缺失（图3c），则可能记录了局部构造隆升及后期剥蚀对沉积层结构的显著改造。上述结果为重建塔里木盆地东部沉积历史和地质演化提供了新的地震学约束。

受密集裂缝和破碎岩石的影响，活动断裂在地震学成像中通常表现为低速异常。研究获得的Vs结构模型揭示出多条与地表断裂位置对应、延伸至10 km以下的低速窄带（图3a、图3b）。其中，NAF在上地壳向东南倾斜，而ATF则近直立展布，分别符合逆冲和走滑断裂的结构特征。与此同时，塔里木盆地东部沉积填充物向阿尔金山方向逐渐增厚，至山前区域迅速减薄，形成楔形沉积结构（图3a、图3b），可能反映塔里木块体向阿尔金山下方底冲的浅部地壳响应。此外，ATF两侧的高速异常体（图3a、图3b）可能是在底冲所产生的斜向汇聚力作用下，壳幔深部物质沿该断裂向浅部迁移的结果。上述发现从浅部地壳入手，揭示盆—山耦合变形过程，并支持ATF是一条跨地壳尺度的深大断裂。

该研究发展了贝叶斯框架下的浅部地壳Vs结构天然地震成像方法，并成功应用于短周期密集台阵资料，实现了横向公里级、垂向百米级分辨率成像。研究获得了塔里木盆地至青藏高原北缘10 km以浅最新速度结构模型，为认识塔里木盆地东部沉积演化、阿尔金山变形隆升，以及两者之间的构造关联提供了新的地震学约束。这一方法作为连接主动源精细勘探与被动源大尺度成像的重要桥梁，在未来浅部结构探测中将具有广阔的应用前景。

研究成果发表于国际学术期刊JGR-SE(杨睿豪, 陈凌*, 王旭, 白一鸣, 何登发, 徐涛. Sedimentary characteristics and shallow crustal response to the Tarim Basin-Altyn Tagh Range interaction: constraints from short-period receiver functions [J].Journal of Geophysical Research: Solid Earth, 2026,131, 6: e2025JB032180. DOI:10.1029/2025JB032180.)。研究受到国家自然科学基金 (42288201, 42304063)和第二次青藏高原综合科学考察研究项目子专题（STEP, 2019QZKK0701‐02）资助。