青藏高原是变形规模最大和形成时代最晚的陆陆碰撞造山带,其保存并记录了大量的地质信息。位于青藏高原腹地的羌塘地块,与印度板块和亚洲板块的南北挤压碰撞密切相关。前人地球物理资料研究表明,印度岩石圈板片已经俯冲到青藏高原之下到达33°N附近,其前缘产生的深部构造效应引起羌塘地块下方强烈的壳幔相互作用。因此,羌塘地块是研究地球动力学的有利实验室,详细地研究羌塘地块的岩石圈构造,分析其动力学机制,对大陆的构造演化机制研究有重要意义。岩石圈有效弹性厚度(T_e)是一种描述岩石圈强度的参数,是岩石圈挠曲变形的响应。通过T_e可以解释岩石圈的温度结构、应力分布、壳幔耦合状态、地震孕育机制、克拉通稳定性、岩石圈组构的各向异性和继承性等信息,对深入研究大陆演化和动力学过程有关键性的指导作用。然而,目前常用的导纳法及相关性计算T_e方法,受限于复杂的参数选取过程,使得不同研究者在同一地区获得的结果差异较大,计算结果一致性较差,严重影响了可靠地质解释的获得。 近年来,随着人工智能技术的迅速发展,深度学习方法被认为是解决地球物理反演问题的新突破口,被广泛应用并取得了良好的效果。其中,U-net网络继承了FCN在图像语义分割方面的优势,对数据的位置信息更为灵敏,且结构更简单,因此被广泛应用于重力场的反演。基于其在反演中的优势及良好的应用效果,本文建立了一种U-net网络的岩石圈有效弹性厚度反演新方法。利用新的U-net方法计算了羌塘地块的T_e值,并利用T_e空间分布特征与岩石圈热结构、Pn波速度和地壳运动等和T_e相关的参数,对羌塘地块的岩石圈进行细致研究,主要得到以下研究成果: (1)建立了一种基于U-net网络的岩石圈有效弹性厚度反演新方法。训练好的U-net模型可以直接通过重力和地形数据获取T_e。利用建立的100组模拟数据,与传统的谱分析方法进行对比分析。当谱分析方法选取的中心波数||为2.668、3.081、3.773、5.336和7.547时,反演结果和T_e模型真实值之间的均方差分别为15.25、14.49、13.63、13.99和15.51。而U-net方法反演得到的值和T_e模型真实值之间的均方差为10.89。模型验证结果表明,U-net方法避免了传统谱分析方法计算T_e时选取参数不同的问题,有效提高了计算精度和空间分辨率,并降低了参数选取对结果的影响。利用模拟数据进行抗噪能力分析,结果表明U-net反演T_e值的方法具有很好的抗噪性。 (2)新的U-net方法在羌塘地块的实际应用中也有很高的有效性和可靠性,同时,计算结果表明羌塘地块的T_e值分布有明显的空间差异性。相对于传统方法计算的结果,U-net方法所得T_e值更符合地质事实。具体表现为,整个羌塘地块岩石圈有效弹性厚度普遍较低(T_e<30 km),金沙江缝合带附近表现出更明显的T_e值梯度变化。在羌塘地块的应用进一步证明U-net网络计算岩石圈有效弹性厚度的方法在实际应用中的有效性和可靠性。从区域对比来看T_e值空间分布规律,羌塘地块的T_e值普遍小于北部的松潘-甘孜地块和南部的拉萨地块。就羌塘地块内部而言,羌塘地块的T_e呈现出明显的空间差异:最小T_e值集中在地块的中部区域,其中南羌塘地块的T_e值较北羌塘地块的T_e值更低。 (3)在始新世-渐新世期间,南羌塘地块中部区域由于Rayleigh-Taylor不稳定发生了岩石圈拆沉作用。羌塘地块的T_e值空间分布规律暗示,羌塘地块较松潘-甘孜地块和拉萨地块经历的壳幔相互作用更强烈,且南羌塘地块和北羌塘地块之间地质演化剧烈程度不一致。羌塘地块的壳幔作用主要发生在T_e值较低的羌塘地块的中部区域,根据地表的地壳变形、岩石圈热结构、岩石圈底部的Pn波速度及其他相关地球物理和地质资料推断,南羌塘地块中部区域在始新世-渐新世期间发生了岩石圈拆沉作用,同时导致热地幔上涌。以上的地质事件引起羌塘地块的火山活动、地表的张性断裂和大量出露的热泉等。 综上所述,本文建立基于U-net网络的岩石圈有效弹性厚度计算新方法,并基于该方法的计算结果和其他资料,验证了前人在羌塘地块壳幔相互作用研究中的观点和结论,同时提出了岩石圈拆沉作用发生在南羌塘地块的新认识。这些认识有助于羌塘地块岩石圈地质结构构造和演化的认识,为大陆岩石圈的动力学研究提供了参考。