基于台站资料的华北地区地幔电性结构背景及动力学过程研究

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华北克拉通是世界上最古老的克拉通,是典型的克拉通块体之一。华北克拉通记录了地球发展的重大构造事件,并在中生代发生了减薄与改造。华北克拉通破坏蕴含的丰富地质内涵使其成为探索大陆动力学的极佳场所,国内外学者在华北地区开展了大量的研究,但是对华北克拉通的破坏机制和地球动力学原因等问题科学家们尚存在争议。众所周知,表层的地质、地球物理现象与深层过程密不可分,得到岩石圈以下,尤其是地幔过渡带的结构对于探索华北地区地球动力学过程意义重大。  地下岩石电导率是揭示地球内部状态的重要物理参数,它对于温度、含水量、熔融和挥发分的存在比较灵敏,获取华北地区岩石圈以下的电导率可以有效提供相应的约束,为相应的地球动力学过程提供依据,是一个很有意义的研究课题。本文基于华北地区地磁台站资料,对时间序列处理进行了探讨,从地磁倾子矢量分析、等效视电阻率和相位的一维反演结果、三维倾子反演的角度对具体数据进行了分析。  本文采用远参考道和Robust技术,处理了华北地区14个地磁台站资料,得到了相干度超过0.8的地磁测深响应函数。倾子实感应矢量和虚感应矢量的分析表明,华北地区东部存在低阻异常体。通过场源P01假设,将地磁响应函数转化为大地电磁测深的响应函数,获取了10~1000万秒周期范围内的视电阻率和阻抗相位。应用ρ+理论对数据进行了一致性检验和反演,结果表明152km,417km,850km深度附近可能存在电性间断面。采用基于一维最光滑模型的Occam反演方法得到了1000km以上的地幔电性结构,并与前人在其他地区的研究结果进行了对比;对三维倾子反演从数值模拟的角度进行了探讨,验证了三维倾子反演的可行性,对华北地幔电性结构进行了三维反演,得到了初步的结果。  综上,相关的结果表明华北地区地幔过渡带的电导率在东西部表现不同。华北地区西部鄂尔多斯块体周边台站下方地幔过渡带附近的电导率和北美的Tucson地区相当,而华北地区东部的电导率在地幔过渡带范围高出西侧约2~5倍。这和基于地震学得到华北地区东部下方俯冲板块低温异常的推测并不一致,我们推断其原因,可能是电导率对含水量比温度更加敏感,而华北地区东部地幔过渡带低温的同时具有较高的含水量。华北地区东部低阻异常体的存在从侧面印证了太平洋板块的俯冲是华北地区首要的动力学机制。太平洋板块的俯冲携带了大量的水到俯冲带上盘的地幔楔,而这一部分水可能是导致华北岩石圈活化、克拉通破坏的关键因素。
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