華北地區(qū)地殼與上地幔速度間斷面接收函數(shù)成像研究

吳建平 王未來 房立華 明躍紅（中國地震局地球物理研究所，北京 100081）

華北地區(qū)地殼與上地幔速度間斷面接收函數(shù)成像研究

吳建平 王未來 房立華 明躍紅
（中國地震局地球物理研究所，北京 100081）

P波接收函數(shù)主要包含臺站下方速度界面所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)換波，轉(zhuǎn)換波S波和原生P波以不同路徑、不同時間到達同一臺站，因此，時間軸上反映了轉(zhuǎn)換波與原生P波在臺站的到時差。在給定慢度和速度模型的情況下，可以依據(jù)到時差找到轉(zhuǎn)換點。將接收函數(shù)中該時差所對應的接收函數(shù)值置于相應的轉(zhuǎn)換點三維坐標,對不同射線在同一空間點的轉(zhuǎn)換波振幅進行疊加,并經(jīng)過規(guī)一化后可形成接收函數(shù)圖像。

我們廣泛收集了華北地區(qū)固定地震臺網(wǎng)、華北流動地震實驗場的流動地震臺陣、中國地震臺陣探測項目的流動地震臺陣等的地震觀測資料，利用遠震體波波形計算獲得30多萬條有效的接收函數(shù)。采用共轉(zhuǎn)換點疊加技術，對地殼及上地幔速度間斷面的三維空間起伏形態(tài)進行了成像。結(jié)果顯示，地殼厚度、上地幔過渡帶410 km和660 km速度間斷面深度存在明顯的橫向變化。上地幔間斷面地形起伏變化較大的區(qū)域主要位于110°E以東。在410 km附近，速度間斷面深度在鄂爾多斯周邊的東部和北部呈現(xiàn)出明顯的下凹特征，其中在鄂爾多斯東北部的大同一帶表現(xiàn)得最為明顯。在華北盆地區(qū)域、青藏高原東部區(qū)域也有不均勻下凹的現(xiàn)象。在四川盆地、鄂爾多斯塊體、阿拉善及其以北的塊體則表現(xiàn)為明顯的地形凸起。過渡帶下界面的深度在四川盆地、鄂爾多斯塊體、阿拉善塊體及青藏高原東北緣地區(qū)下方，與平均地球模型的深度相近，但在華北東部出現(xiàn)大范圍的加深特征，界面深度達680～690 km。

一般認為，410 km和660 km速度間斷面是橄欖巖礦物向高壓礦物轉(zhuǎn)變的相變帶，其中410 km間斷面標志著橄欖巖礦物向β-尖晶石相變，而660km間斷面則標志著γ-尖晶石向鈣鈦礦+鎂方鐵礦相變。實驗表明，這兩種相變對于溫度比較敏感，而且Clapeyron斜率的正負號相反。在不考慮其它因素影響的條件下，地幔過渡帶深度范圍內(nèi)溫度的增加會導致410 km間斷面加深以及660 km間斷面的變淺。即上地幔過渡帶溫度的升高將導致上地幔過渡帶厚度的減薄，溫度降低將導致過渡帶厚度增加。

需要提出的是，如果上地幔過渡帶以淺的區(qū)域S波速度較低，可以導致Ps轉(zhuǎn)換波的傳播時間變長，在接收函數(shù)成像過程中出現(xiàn)間斷面下凹的假象，反之，則可能導致速度間斷面深度變淺。為了減少上地幔過渡帶上方速度結(jié)構(gòu)的影響，我們將上地幔過渡帶底界面深度減去上地幔過渡帶頂部界面深度得到上地幔過渡帶厚度。在鄂爾多斯北緣河套斷陷帶附近，上地幔過渡帶厚度較薄，表明這一地區(qū)新生代盆地的發(fā)育可能與來自地幔深部的熱作用有關。同樣，在鄂爾多斯東北緣，包括山西大同盆地等地區(qū)存在明顯的上地幔過渡帶減薄現(xiàn)象，該地區(qū)新生帶火山活動可能與來自上地幔過渡帶下方的熱作用有關。在華北平原地區(qū)，上地幔過渡帶厚度總體表現(xiàn)為增厚的特征，向東一直可延續(xù)到研究區(qū)東部邊界。根據(jù)大尺度層析成像等的結(jié)果，西太平洋板塊向西俯沖可以到達華北平原的上地幔過渡帶。我們認為華北地區(qū)增厚的上地幔過渡帶是由于溫度較低的西太平洋俯沖板塊在上地幔過渡帶滯留造成的。俯沖板塊在上地幔過渡帶的滯留過程中，可能導致相變和脫水作用的發(fā)生，流體向上運移可能導致地幔溫度的升高，造成華北平原下方上地幔地震波速度的降低。