刘真等−GJI：极高QLg​分布对波罗的地盾古老克拉通核的约束

大约3.5-1.5 Ga，波罗的地盾的大陆地壳发育形成 (Gaál and Gorbatschev, 1987)。波罗的地盾是欧洲大陆上前寒武纪岩石分布最广泛的区域，覆盖了斯堪的纳维亚半岛、芬兰、俄罗斯西北部及波罗的海周边地区 (图1) (Gorbatschev and Bogdanova, 1993)。该区域记录了从古生代加里东造山运动到中生代裂谷作用、新生代被动陆缘演化的多阶段构造历史，是研究被动大陆边缘地壳流变性、古老克拉通稳定性和构造演化的天然实验室 (Ziegler, 1990)。地球化学与地质学研究显示因碰撞和造山事件，波罗的地盾的边缘遭到破坏，其中具有构造稳定性、高流变强度的古老克拉通地壳的范围不断收缩 (Roberts, 2003; Fossen, 2010)。海水覆盖的波罗的海缺乏地表岩石测年数据，是否隶属于古克拉通仍然需要深部地球物理探测结果来识别。地震Lg波是区域范围内在地壳中稳定传播的显著震相，其振幅衰减受到地壳内热结构、部分熔融、流体运动、散射结构、地壳厚度变化和沉积层厚度等因素的影响 (e.g., Fan and Lay, 2002)。与地震波速度相比，地震波衰减可反映地球内部的滞弹性和散射特性，对流变强度更敏感，弱的衰减属性可以对古老克拉通残留的分布提供有效的约束 (Kampfmann and Berckhemer, 1985; Mitchell, 1995)。

图1(a) 波罗的地盾及其周边地区地表地形及 (b) 本研究所使用的地震事件（红色五角星）与台站（蓝色三角形）分布。构造单元主要包括：VB：韦林盆地；LFM：罗弗敦-维斯特伦边缘；MB：莫尔盆地；TP：特伦德拉格平台；VG：维京地堑；CG：中央地堑；JMZ、GFZ、BFZ、SFZ：扬马延、Gleipne、Bivrost、Senja断裂带

中国科学院地质与地球物理研究所行星科学与前沿技术重点实验室地震学学科组的博士研究生刘真、导师赵连锋研究员及美国加州大学圣克鲁兹分校谢小碧研究员，与其他合作者一起，根据斯堪的纳维亚半岛周边地区丰富的地震台阵观测数据 (图1b)，利用相对成熟的基于单台和双台数据的联合反演方法在此高纬度地区构建了宽频带 (0.05-10.0 Hz)、高分辨率 (~ 110 km) 的地壳Lg波衰减模型（图2），获得了地壳流变学特征并约束了古老克拉通核的分布范围。

图2波罗的地盾及其周边地区地壳Lg波衰减模型。图a-图d为1.0 Hz和2.0 Hz频率下的Lg波衰减模型和分辨率测试结果

QLg成像结果表明地壳的衰减特性与地盾区域的稳定特征具有良好的相关性（图3）。例如，波罗的地盾被破坏的西北缘加里东构造带具有低QLg值特征，可能是碰撞后伸展环境下残留的下地壳部分熔融区加剧了地震波衰减，反映了此区域较低的流变强度 (Artemieva and Thybo, 2013)。薄地壳、厚沉积和地堑结构的强散射效应叠加，使位于地盾西南缘的北海盆地成为QLg值最低的区域。波罗的地盾西部地壳变薄、岩浆改造和厚沉积覆盖的三个被动大陆边缘也表现出强烈的衰减，反映了地幔柱和伸展构造相互作用导致的流变强度降低。相比之下，稳定的地盾区域具有厚地壳、高QLg值和岩石圈高SV速度特征，反映了其长期的构造稳定性和高流变强度特征，这可能是源于元古代Svecofennian造山期的俯冲-碰撞过程，高温高压变质作用与花岗质侵入塑造了此地盾的刚性基底 (Gorbatschev and Bogdanova, 1993；Lahtinen et al., 2005；Bogdanova et al., 2008；Pedersen et al., 2013)。其中极高的QLg分布揭示了波罗的海地盾的古老克拉通核心分布区域，特别是在由于海水覆盖而无法收集地表岩石测年样本的地区（图3）。

图3在0.4-4.0 Hz频率段内的宽频带QLg分布及5个衰减-频率剖面图。剖面的地表位置由红色虚线标于宽频带QLg图中。其余图b-图f为这些剖面的详细展示，每个剖面包含三个子图：顶部为地表地形，中部为地壳厚度与地震活动性，底部为QLg随频率变化的剖面曲线。地壳厚度数据取自CRUST1.0模型（Laske et al.,2013）。波罗的地盾的古克拉通核分布区域由宽频带QLg图中的紫色轮廓线圈出

研究成果发表于国际学术期刊GJI（刘真, 赵连锋*, 谢小碧, 田宝峰, 姚振兴. Crustal rheological characteristics in the Scandinavian Peninsula and its vicinity implied from Lg wave attenuation tomography[J].Geophysical Journal International, 2025: ggaf289. DOI:  10.1093/gji/ggaf289.)。国家自然科学基金（U2139206, 42430306）提供资助。

刘真（博士生）

编辑 | 崔静怡

校对 | 刘真