０ 引言
中国西部地形变化极大。在地质历史中比较近的新生代，亚洲主体的大规模构造变形受控于印度—欧亚板块碰撞。这个碰撞始于约60MA喜马拉雅山系的形成、青藏高原的隆升及其地壳的增厚。自该碰撞开始，至少1400南北向缩短被喜马拉雅—青藏造山带吸收。这个世界范围最大、海拔最高的喜马拉雅山系和青藏高原，为解释造山带隆升机制及过程、高原形成和大陆形变的基本问题提供了极佳的研究场所。从北面至东面，青藏高原被塔里木盆地、柴达木盆地和四川盆地包围（图1），这些以坚硬的基底地块为基础的盆地可能在高原类三角状（藏羚羊状）的形成过程中起决定性的作用。同时，青藏高原的形成和新元古代以来的多次挤压构造运动也可能在这些主要盆地的形成和演化过程中起到关键作用。地震层析成像是研究现今地球深部结构非常重要和有效的工具，地球深部结构的确定也是推断地球内部过程的重要依据。为了方便盆地研究和地质学的读者，本文先简单介绍地球浅部（岩石圈深度范围）地震层析成像的主要方法。然后介绍我们利用面波层析成像得到的最新高分辨率三维模型，着重展示中国西部与青藏高原接壤的三大盆地（塔里木、柴达木和四川盆地）的深部结构，并试图以此为基础探讨岩石圈深部结构对西部大型盆地形成和演化的意义。
１ 岩石圈地震层析成像简介
相对于全球深部结构研究，岩石圈深度范围的地震层析成像可以根据所利用的地震波信号类型划分为体波走时层析成像、表面波频散层析成像和基于部分或全部波形的波形反演。比如，许多学者利用区域的和远震的数据，对中国及其邻域岩石圈和上地幔进行了体波及面波层析成像的研究。体波包括Ｐ波（纵波）和Ｓ波（剪切波）。通常的体波走时层析成像利用大量的从震源到地震台站的地震射线传播所需时间来反演射线穿过的介质内各路径处的速度。对于反演地壳结构，因为要求震源较近（100-200km范围内），此方法（称为本地层析成像）只有在地震活跃台站密集区域才适用，或者利用人工源作反射勘探或宽角折射观测。波成像是反演上地幔顶部结构的有效方法，详见对中国大陆盆地基底环境研究的应用。还有一个方法叫远震层析成像，它利用从远处（3000km以外）地震产生的、通过下地幔到达一个较密集台网的体波，并利用其中同一地震到达台网中不同台站的走时差别（称为相对走时）。由于这种相对走时主要受台网下面结构的影响，此方法是反演岩石圈甚至更深一点的结构的有效方法，但由于射线通过地壳几乎是垂直到达台站，此方法不能用于反演地壳结构而且还需要做地壳结构校正。基于地震波波形的方法有许多，其中一个广泛应用的是接收函数的方法。它利用p波或s波在间断界面的转换波和直达波的比较来得到间断面的性质（深度和跳跃锐度），对于探测莫霍面、地壳内部界面、沉积层底界面，甚至岩石圈－软流圏界面都是有效的方法。此方法的一大局限是只适用于反演台站下的深部结构。台站密的地方可利用类似于人工地震勘探方法做叠加和偏移来提高间断面的分辨率。国际上，目前的一个重要趋势是利用“全波形”反演地球内部结构，包括面波和各种体波。由于地球内部具有复杂的三维结构、各向异性和衰减，需要大型计算机计算理论地震图，同时波形反演非线性强，这个工作极具挑战性，目前主要集中在方法开发上，但也有一些很好的应用例子，如对南加州洛杉矶盆地的成像。
２ 中国大陆岩石圈表面波层析成像
最近，笔者进一步更新了我们早先发表的中国及邻区岩石圈表面波成像模型。所用地震台站由3部分构成：中国地震区域台网数据、临时台阵数据及研究区其他国际的固定台站数据。本文的模型同时利用了环境噪声互相关提取的表面波格林函数和天然地震产生的面波。由于我们的地震射线覆盖和噪声互相关用的台站间射线覆盖具有很强的互补，两种数据的结合极大地增加了路径覆盖率，同时拓宽了频散数据的频率范围，提高了速度结构的分辨率。环境噪声互相关主要数据来自中国地震台网的864个台站在2008年至2011年期间记录的连续波形数据，临时台阵数据及研究区主要在青藏高原、天山、尼泊尔。利用连续波形数据，通过环境噪声互相关，提取了格林函数，并对其进行时频分析得到10-70s的相速度和群速度数据。同时，从连续波形数据截取了震级5.0级以上，震中距1400km以外的远震事件，并提取了10-120s群速度。为了提高频散数据测量的准确性，按以下标准剔除了部分数据。首先，计算了格林函数和地震波形在所有周期的信噪比，然后，剔除信噪比低于10的测量数据。由于远场要求，舍弃了台站间距低于3倍波长的格林函数频散测量，最后，剔除了在初始反演中走时残差大于2倍平均残差的频散数据。经过以上处理最终从格林函数和地震波形共得到约30000至约450000个群速度测量数据，约40000至约260000个相速度测量数据。通过线性反演程序，对最终频散数据进行了成像，得到不同周期群速度和相速度分布图。通过线性程序，反演成像网格点的群速度和相速度频散曲线得到相应的横波（s波）速度结构，进而得到研究区三维s波速度模型。
３ 三大盆地的深部结构
图2-8展示我们最新面波层析成像模型在三大盆地及周边的深部结构。图2显示出盆地与周边山系深部结构差异明显。从本文的三维s波模型，利用全球地壳模型标定推测出研究区的地壳厚度，具体方法见文献。从图2a可见，盆地地壳厚度要比周边山系薄很多。本文中，把0至15km深的地壳称为“上地壳”，15km至莫霍面的地壳平均分为两层，分别称为“中地壳”和“下地壳”，其中在中地壳、下地壳及上地幔顶部，盆地区域的s波速度都要比周边山脉区域的快。图3是3个主要盆地区域地壳厚度图。由图可见，塔里木盆地的地壳厚度约为40-50km，最薄处位于盆地西部；柴达木盆地为50-60km，最薄处位于盆地的中偏西部；四川盆地为38-44KM，在西北和南部各有一块地壳较薄区域。海拔较高的柴达木盆地的地壳也比较厚，但是相对于周围地区其地壳仍然是偏薄的。图4显示了3个盆地区域的上地壳0-15km平均s波速度，盆地内部绝大部分都表现为低速，反映盆地内很厚的沉积层。塔里木盆地的低速区主要在西部和中偏东部，柴达木盆地从中部往四周速度递增，四川盆地则自西北向东南递增。图5是根据三维模型和全球盆地沉积层厚度模型标定推测得到的3个盆地的沉积层厚度，方法跟地壳厚度标定类似。由于三维模型和全球盆地模型的有限分辨率，推测的沉积层厚度并不准确，然而其分布的大致形状和趋势与勘探地球物理得到的精细沉积层厚度分布基本是一致的。
４ 对成盆动力学的讨论
以上层析成像的结果显示三大盆地岩石圈强度从地壳到上地幔相对于周边山系较高。在挤压背景下，其变形相对较弱。这可能是塔里木、柴达木、四川盆地形成和演化的重要因素。李思田等概括了控制塔里木盆地演化和构造框架的3个因素：盆地基底性质、深部地幔作用和区域构造挤压背景。本文的结果显示这种构造挤压的控制很可能涉及整个岩石圈。我们提出一个简单的盆地形成模型，称之为“挤压隆升沉降模型”。在区域挤压背景下（如新生代的印藏陆陆碰撞），坚硬的盆地变形相对小，其周边山系较弱强度的岩石圈在挤压碰撞下相对隆升，盆地区相对沉降，接受沉积，形成陆内叠合盆地。盆地周边山系区地壳明显增厚，而盆地区地壳主要为沉积加厚。在重力均衡的作用下，地壳增厚的周边山系区的莫霍面明显深于盆地区的莫霍面，造成盆山结合带莫霍面深度的快速变化。并且，由于盆地块体比较硬，盆地和山系的重力均衡也许在比较深处，如软流圈才达到，使得比较冷和高密度的盆地块体保持比山系低的位置。特别值得注意的是：在比较深处达到重力均衡的一个重要结果是使得盆山高差加大。因此，由于盆地岩石圈的相对高强度导致在区域挤压的地球动力学背景中，盆地整体沉降，周边山系地壳增厚隆升，形成了现今隆拗相间的山间盆地。
５ 结论
地震层析成像是研究地球深部结构和地球内部过程的重要手段。本文简单介绍了岩石圈地震层析成像的几种基本方法。与人工震源地震勘探相比，地震层析成像利用天然地震和现有的区域地震台网（虽然通常需要增加一定的临时台站以增加射性覆盖），是提供盆地基底和深部背景的有效和极其经济的手段。本文展示了高分辨率面波层析成像得到的中国西部三大盆地（塔里木、柴达木和四川盆地）和周边山系的岩石圈深部结构。盆地上地壳的低速反映了盆地很厚的沉积层。相对于周边山系，盆地中、下地壳的Ｓ波速度较快，上地幔顶部尤其明显。盆地的地壳厚度比山脉薄，同时莫霍深度在盆山结合带变化很快。盆地基底整体来说是比较冷而坚硬的块体，不易变形。盆地内的结构也有显著横向变化。塔里木盆基底东西向中央古缝合带在地壳和地幔岩石圈速度、莫霍面深度上都有显著的反映，盆地沿中央古缝合带可明显分为东北和西南两部分，在沉积层厚度、上中下地壳速度、莫霍面深度及地幔速度上都有明显反映。四川盆地内部的莫霍面深度和上地幔速度也有明显差别。结果显示这种区域构造挤压的控制很可能涉及盆地的整个岩石圈，对盆地的形成和演化有重要意义。我们提出一个简单的盆地形成的机械模型，称之为“挤压隆升沉降模型”：在挤压环境下，周边山系块体增厚和隆升，高强度的盆地块体整体沉降，形成陆内叠合盆地，挤压应力可能造成盆地岩石圈的褶皱变形。在西部盆地的漫长的地质历史中，新生代的印藏碰撞和新元古代以来的多次挤压构造运动对西部盆地的形成和演化可能起了决定性的作用。