中国大陆及周边典型俯冲区地幔转换区顶部速度结构研究

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受西太平洋板块和印度板块俯冲碰撞的影响,中国大陆广泛发育褶皱带、断陷、拉张盆地,并在一些区域发育有火山。如此复杂的构造活动现状与地球深部物质运移和地球动力学过程密切相关。地震学方法是获得地球内部深部信息最重要的地球物理学手段,据此研究中国下方的地震波速度结构,能为更好的理解中国大陆及邻近区域的形成与演化以及相关的地球内部物质运移等科学问题提供有力的证据。  地幔转换区汇集着大部分的俯冲板块及其残留物质影响着地幔对流过程,且很多火山的活动均与地幔转换区有关,因而地幔转换区地震学精细结构的研究是是认识复杂的地球浅部过程的关键所在。一般地,俯冲板块会穿透410 km间断面,进一步地或滞留于660 km间断面之上,或穿透660 km问断面,进一步俯冲进入下地幔。与此同时,俯冲物质在地幔环境下逐步脱水,造成部分熔融,产生的含水、气等挥发分的岩浆上升到地表。在此过程中,冷的俯冲板块会给地球深部带来低温异常,而上升的岩浆物质乃至来自核幔边界的地幔柱会带来高温异常,从而影响到地幔间断面,特别是地幔转换区间断面的起伏形态。  不同时间阶段的俯冲板块及残留体在地幔转换区的存在及其对地幔转换区间断面的影响不同。中国东部沿海地区地幔转换区受到了180Ma以来持续俯冲的西太平洋俯冲板块的影响;而南部则先期受到特提斯洋俯冲的影响,约50Ma起,印度板块开始从西北部起向欧亚大陆下俯冲,一直影响至今。而喜马拉雅造山带东西两侧的俯冲消减模式和拼合时问又略有差异。  因而,本文选择上述中国东部海域、兴都库什—帕米尔和腾冲东部三个处于不同俯冲/滞留阶段的典型区域,有针对性地研究地幔转换区顶部的地震波速精细结构,分析不同阶段的板块俯冲对中国大陆形成及构造演化过程的影响。本文收集了中国数字地震台网、日本高密度高敏感度地震台网以及部分美国流动台阵地震台网/台阵相关事件的宽频带和短周期资料,根据台站和地震分布情况,分别使用N次根倾斜叠加和三重震相方法获取这三个区域下方410km间断面附近速度结构,取得的主要结果如下:  1.基于高密度的日本Hi-net地震台网和EarthScope计划组成部分的USArray流动台阵所记录的地震波形数据,利用N次根倾斜叠加方法,提取P尾波中的SdP次生转换震相,分析了帕米尔-兴都库什地区俯冲板块物质影响下的400 km间断面的存在及形态,发现该区域下方410km间断面上升至372-398 km,这可能与俯冲的海洋岩石圈残留有关,可以进一步据此分析陆陆碰撞开始的时间。  2.基于中国数字地震台网记录的日本本州地区2009年9月3日发生的震源深度167.2 km、震级为mb6.0的地震的宽频带波形资料,利用二维射线追踪方法给出P波三重震相的理论时距曲线,基于试错法构建出与观测时距曲线拟合效果最优的低速异常模型,发现在中国东部海域下方在410 km间断面上下存在着局部的P波低速异常:300-410 km深度范围内低速异常为4%-5%,而410-460/470km深度范围内的低速异常则达4%-7%。结合前人地震层析结果,可以发现本区域不存在明确外源热流,因而,这个低速应与俯冲板片脱水而引起的部分熔融。  3.基于中国数字地震台网记录的缅甸地区的浅震三重震相信息,发现腾冲火山东部区域下方200-410 km深度范围内存在10%的P波低速异常,且伴随有40km间断面的下沉(即下沉到450 km),同时在下沉处相对于周边区域存在10%的低速异常。这一较强的低速异常应与腾冲火山深部热源有关。
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