基于程函面波成像的华北克拉通岩石圈三维高分辨率S波速度结构研究

利用“中国地震科学台阵探测”项目Ⅱ期和Ⅲ期的流动地震台站以及中国区域地震台网中的部分固定台站的观测资料,采用程函面波成像方法获得了华北克拉通及周边区域10—120 s周期的瑞雷面波相速度分布和高分辨率的三维S波速度结构,并基于该速度模型估算了岩石圈厚度分布。结果显示,华北克拉通内部岩石圈厚度除了存在“西厚东薄”的一级分布特征外,还存在一些更小尺度的差异,包括鄂尔多斯地块内部岩石圈“南厚北薄”、鄂尔多斯地块周缘断陷带岩石圈显著的不均匀减薄以及燕山构造带与其南侧华北平原之间的显著差异等。山西断陷带北部与南部地区上地幔浅部(<100 km)存在不同程度的低速异常,它们被中部的高速异常区所分隔。在150 km以下深度从太行山南缘向北至山西断陷北缘存在一条NNE向展布的显著低速异常带,表明上地幔浅部南北部的低速异常在深部相连。结合已有的其它成像结果,我们推测这些低速异常起源于更深处(>200 km),并与由太平洋俯冲板块的滞留脱水导致的上地幔热物质上涌和小尺度地幔对流等密切相关。燕山构造带与华北平原的岩石圈结构存在明显差异,前者遭受的岩石圈破坏改造程度明显弱于后者,张家口—渤海地震带位于这两种不同壳幔结构的过渡带,地震活动较强,我们认为深部结构和热作用的显著差异,以及青藏高原远场挤压效应的共同作用是导致该区地震活动较强的主要原因。

华北克拉通中西部及周边地区瑞利面波相速度方位各向异性

利用“中国科学台阵探测”项目的密集流动台站以及区域固定台站的地震面波记录,采用程函面波成像方法,得到了华北克拉通中西部及周边地区14~100 s周期高分辨率的瑞利面波相速度方位各向异性分布图像.结果显示,鄂尔多斯块体内部中长周期(20~100 s)为大范围高速和弱各向异性分布特征,但在块体西南部区域各向异性明显增强,向东可一直延伸至108°E附近.我们认为,受青藏高原影响,鄂尔多斯块体西南部岩石圈已发生明显变形,高原扩张对鄂尔多斯块体的影响超出了止于六盘山逆冲推覆带的传统认识.在鄂尔多斯块体内部,长周期(80~100 s)的相速度显示高速区向中部和东南部区域收缩,各向异性强度在高速区外围明显增强,揭示了块体边界带的岩石圈在后期构造活动过程中已遭受不同程度的变形改造,厚度发生了不同程度的减薄.山西断陷带北部大同火山区附近,在20 s以上周期为显著低速异常,不同周期段各向异性存在明显差异,我们推测该区不同深度的各向异性差异与鄂尔多斯块体东北部岩石圈不同深度的几何形态以及青藏高原远程挤压效应有关.山西断陷带中南部区域,在20~60 s周期显示高速和近EW向快波方向,与鄂尔多斯块体中东部高速区具有较好的连续性,认为该区岩石圈仍保留部分原有华北克拉通岩石圈的属性.青藏高原东北缘地区不同周期相速度表现为明显的低速异常,快波方向呈现较为一致的NWW-SEE向分布特征,揭示了在高原下方壳幔介质变形连续一致,符合岩石圈垂直连贯变形模式.