淺部地殼速度結構記錄了沉積層序與厚度變化、斷裂幾何形態及基底起伏等地質構造特征，是認識區域沉積演化和盆—山耦合變形過程的重要依據。塔里木盆地是發育于塔里木地塊之上的大型盆地，自震旦紀以來經歷了長期沉積充填和多期構造演化，形成了由前寒武紀基底和顯生宙沉積蓋層組成的“基底—蓋層”結構，其內部還發育斷裂帶、隆起和坳陷等復雜構造單元。盆地東南緣毗鄰阿爾金造山帶，是塔里木塊體與青藏高原北緣相互作用的關鍵區域。阿爾金斷裂（ATF）和北阿爾金斷裂（NAF）分別構成阿爾金山的南、北邊界（圖1），控制著區域構造變形。已有巖石圈尺度結構研究認為，在印度—歐亞板塊碰撞背景下，塔里木盆地可能底沖至青藏高原北緣下方，并成為驅動阿爾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，受臺站覆蓋和成像方法限制，對該區域淺部地殼結構仍缺乏有效約束，亟需開展高分辨率結構成像研究，揭示淺部地殼隆升變形與深部構造過程之間的聯系。

圖1 區域地質背景和地震臺站分布。黑色三角表示短周期地震臺站；圖b黃色數字表示臺站編號，紅色線條表示斷裂的地表位置；ETB：塔里木盆地東部；ATR：阿爾金山；WQB：柴達木盆地西部；ATF：阿爾金斷裂；NAF：北阿爾金斷裂

近年來，基于單臺多頻接收函數波形及P波質點運動信息的聯合反演方法已廣泛應用于寬頻帶地震臺陣數據，并實現了10-15 km以淺地殼S波速度（Vs）結構的高分辨率成像（例如，楊睿豪等，2024; Wang et al., 2022; Li et al., 2024）。然而，相較于寬頻帶臺站，短周期臺站數據信噪比低，記錄時間短、遠震數量有限，該方法是否適用于短周期臺陣資料尚缺乏系統評估。

依托第二次青藏高原綜合科學考察布設的塔里木—阿爾金—柴達木短周期密集臺陣（圖1），中國科學院地質與地球物理研究所博士研究生楊睿豪、陳凌研究員、王旭特聘副研、徐濤研究員與新加坡南洋理工大學白一鳴博士、中國地質大學（北京）何登發教授合作，通過合理的數據預處理及相鄰臺站數據的疊加分析，提高了用于反演的短周期數據質量，并引入蒙特卡洛算法發展了能夠有效壓制多解性、評估Vs模型不確定度的非線性反演方法。對不同構造單元典型臺站的多頻接收函數波形和質點運動曲線進行聯合反演，獲得的Vs結構與構造特征相對應（圖2），體現了成像方法的有效性。此外，研究不僅可獲得沉積層底界面深度分布，還實現了對界面銳度的定量約束（圖2a、圖2d）。

圖2 兩個典型臺站的Vs結構反演結果。(a-c)塔里木盆地東部臺站；(d-e)阿爾金山區臺站。(a, d) Vs反演模型（綠色曲線）及其不確定度（灰色誤差棒）。粉色橫線代表沉積層底界，粉色陰影區表示其不確定度。借助Vs及其垂向梯度進行劃分，兩條藍色虛線之間的深度范圍被定義為沉積層底界面厚度（反映界面尖銳程度）；(b, e; c, f)多頻接收函數波形和質點運動曲線的反演擬合效果。單臺數據由相鄰2 km范圍內臺站數據疊加獲得

將單臺反演結果進行橫向對比與聯合，研究團隊最終構建了沿短周期密集臺陣二維高分辨率Vs結構模型（圖3）。Vs分布（圖3a）、Vs橫向擾動（圖3b）和垂向梯度剖面（圖3c）與地表地質特征高度吻合，進一步表明反演結果合理、可靠。塔里木盆地和柴達木盆地淺部均發育橫向連續的低速異常（<2.6 km/s），分別對應平均厚度為~4 km和~3 km的沉積層（圖3a、圖3b）。相比之下，阿爾金山區淺表低速層明顯變薄（圖3a），且層內相對高速（圖3b）、Vs垂向梯度較高（圖3c），對應沉積層厚度不足1 km，甚至局部缺失。此外，盆地內部由沉積層向基底波速呈漸變過渡特征，而阿爾金山區則表現為相對尖銳的速度不連續面（圖2a、圖2d，圖3a、圖3b），指示研究區沉積層厚度與其底界面尖銳程度（界面厚度）之間存在反相關關系。

圖3 沿地震臺陣二維淺部地殼Vs分布(a)、Vs橫向擾動(b)和Vs垂向梯度(c)圖像。圖a中，速度剖面上方顯示了塔里木盆地東部地形；黑色三角形表示臺站位置，臺站編號標注于上方；黑色點劃線為反演得到的沉積層底界面深度；青色虛線為2.6 km/s等值線；粉色陰影形態的橫向變化反映沉積層底界面厚度的區域差異；圖3c中粉色與棕色虛線推測分別對應古新世和晚寒武世沉積底界，二者之間為低Vs梯度層；HVZ：高速帶

新的淺部地殼模型揭示塔里木盆地東部具有精細沉積分層結構。新生代以來，阿爾金山的隆升導致大量松散沉積物向塔里木盆地輸送，使沉積層頂部表現為低Vs和高Vs梯度特征（圖3）。在~1 km深度處，塔東隆起兩側沉積層內部發育低Vs梯度層（圖3c），可能對應連續沉積的上寒武統—二疊系地層。該時期研究區的構造活動相對較弱，沉積穩定，地層壓實程度高，因而Vs隨深度變化小。在接近基底時，Vs梯度再次升高，對應沉積蓋層向結晶基底的轉變。而塔東隆起下方低Vs梯度層缺失（圖3c），則可能記錄了局部構造隆升及后期剝蝕對沉積層結構的顯著改造。上述結果為重建塔里木盆地東部沉積歷史和地質演化提供了新的地震學約束。

受密集裂縫和破碎巖石的影響，活動斷裂在地震學成像中通常表現為低速異常。研究獲得的Vs結構模型揭示出多條與地表斷裂位置對應、延伸至10 km以下的低速窄帶（圖3a、圖3b）。其中，NAF在上地殼向東南傾斜，而ATF則近直立展布，分別符合逆沖和走滑斷裂的結構特征。與此同時，塔里木盆地東部沉積填充物向阿爾金山方向逐漸增厚，至山前區域迅速減薄，形成楔形沉積結構（圖3a、圖3b），可能反映塔里木塊體向阿爾金山下方底沖的淺部地殼響應。此外，ATF兩側的高速異常體（圖3a、圖3b）可能是在底沖所產生的斜向匯聚力作用下，殼幔深部物質沿該斷裂向淺部遷移的結果。上述發現從淺部地殼入手，揭示盆—山耦合變形過程，并支持ATF是一條跨地殼尺度的深大斷裂。

該研究發展了貝葉斯框架下的淺部地殼Vs結構天然地震成像方法，并成功應用于短周期密集臺陣資料，實現了橫向公里級、垂向百米級分辨率成像。研究獲得了塔里木盆地至青藏高原北緣10 km以淺最新速度結構模型，為認識塔里木盆地東部沉積演化、阿爾金山變形隆升，以及兩者之間的構造關聯提供了新的地震學約束。這一方法作為連接主動源精細勘探與被動源大尺度成像的重要橋梁，在未來淺部結構探測中將具有廣闊的應用前景。

研究成果發表于國際學術期刊JGR-SE(楊睿豪,?陳凌*, 王旭, 白一鳴, 何登發, 徐濤. 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.)。研究受到國家自然科學基金 (42288201, 42304063)和第二次青藏高原綜合科學考察研究項目子專題（STEP, 2019QZKK0701‐02）資助。