日本列岛下的三维地震衰减结构及其对构造和地热的意义

用地震烈度资料反演确定了日本列岛下方三维地震衰减结构.结果清楚地揭示出衰减结构中的明显差异,并且反映出日本列岛下方热结构的横向变化. 利用Hashida和Shimazaki发展的方法反演,就是假设烈度是观测点的S波最大加速度的度量单位,并用以估算衰减结构和震源处的加速度,资料取自1951—1983年日本气象厅报导的大约800个地震的15000个烈度读取值.把日本8个区域的结构联结起来,构制成一幅三维衰减图,它包含三层结构,深度达90 km. 衰减结构图揭示出下述特点:首先,日本东北部和西南部的地壳结构存在着明显的差异.日本东北部,低Q值(高衰减)地区位于岛弧的大陆一侧,而一些高Q值(低衰减)地区则位于岛弧的太平洋一侧.在日本西南部,除了Kyushu地区以外,主要为高Q值地区,而一些小的低Q值地区主要分布于太平洋沿岸.这些地壳的特点一般是一直延伸到地幔顶部.第二,地壳结构的衰减性与地壳年龄有关,低Q值地区与第四纪火山物质分布相对应,高Q值地区与前新生代岩石分布区相对应.由于热结构强烈地依赖于地壳年龄,因而这一特征也说明衰减结构反映了热结构.第三,在上地幔内发现了低Q值点的空间位置对应于构成岛弧-火山链的活火山和其它第四纪火山分布.应当注意的是,甚至在前沿火山带的大陆一侧,在没有火山的地区下方,不再存在低Q值的区域,这暗示着上地幔的衰减性受上涌的底辟所控制,这些上涌的底辟被认为位于火山和火山群下方.第四,上地幔的高Q值带沿Kurile东北Honshu岛弧和沿Ryukyu岛弧的前沿火山带的太平洋一侧分布.高Q值的地幔上覆于下沉板块之上,似乎反映了正在消减的冷的太平洋板块的冷却现象.在这类外弧地区岩石层厚度可能达60km以上,尽管巳经认为它是30 km左右.在日本西南部,那里也存在着高Q值的地幔顶部,其岩石层厚度约60 km. 根据所得的三维衰减结构和其它地球物理的推断结果,提出了日本东北部和西南部可能的地热横剖面.预测日本东北部的地幔顶部比西南部的具有更高的温度,这样的热结构反映了这两个地区地质背景不相同,例如消减板块、推覆岩石层和火山活动.