西太平洋俯冲板块内橄榄石亚稳态楔的结构研究

西太平洋俯冲带是世界上最典型、活动性最强的俯冲带，深源地震分布较为集中。热力学模拟结果表明大洋板块俯冲进入地幔过渡带后，由于板块内温度较低，所以板块内存在橄榄石的亚稳态楔。高温高压实验研究发现橄榄石的亚稳态相变产生的反裂纹破裂可能是触发深源地震的发震机制。为了深入探讨深源地震与橄榄石亚稳态楔的关系，本课题在前期研究的基础上选取中国东北地区、日本海和小笠原地区作为研究区域，以中国国家地震台网中心、日本Hi-net台网中心、国际IRIS和ISC台网中心为数据平台，收集深源地震到时资料，结合改进的双差分定位法，利用地震走时正演拟合方法研究三个区域下方俯冲板块内的橄榄石亚稳态楔的结构，分析亚稳态楔与深源地震的空间位置关系，为橄榄石亚稳态相变触发深源地震的发震机制提供地震学证据。

本项目基本按照申请书的设计方案开展研究，主要探索了西太平洋板块俯冲进入地幔过渡带后在其内部发生的变化，包括亚稳态橄榄石相变、板块水平延伸以及延伸范围等。为了有序、有效地开展工作，我们将研究内容分为四个部分：深源地震的双差分定位、日本海地区亚稳态楔分布、伊豆-小笠原地区亚稳态楔分布以及中国东北地区下方太平洋板块的精细结构。其中，我们对日本海和伊豆-小笠原地区曾经进行过一些初步研究，但由于当时采用传统的定位方法得到的定位精度较低，而现有的双差分定位方法不适合定位深源地震，因此本项目首先改进了双差分定位方法，并利用新的定位方法重新定位深震位置，并进一步研究了日本海和伊豆-小笠原地区的橄榄石亚稳态楔结构。在此基础上，总结经验，利用中国台站和日本台站记录的深震走时数据开展中国东北地区下方太平洋板块的精细结构研究，尤其是板块内的亚稳态楔结构，是本项目的研究重点。. 为研究中国东北地区太平洋板块的精细结构，我们从国家台网中心和日本Hi-net台站收集到了深震和远震的波形资料。利用天然地震层析成像技术和远震数据掌握中国东北地区壳幔速度结构；利用走时正演拟合方法和深震数据计算橄榄石亚稳态楔的速度分布。在研究过程中，我们改进了走时正演拟合法的判别标准，使得结果更加可信。. 将三个地区的研究结果进行对比，我们认为西太平洋板块俯冲进入地幔过渡带后，在其内部发生了亚稳态楔橄榄石相变，而且相变后的岩石相对于周围介质表现为低速异常。将重定位的深震与橄榄石亚稳态楔投影在一起，我们发现深源地震几乎均位于亚稳态楔的内部，这似乎表明亚稳态楔的存在与深震的发生存在着密切关系。结合地球化学、热力学数值模拟等结果，我们深入探讨了深震的发震机制，认为亚稳态橄榄石相变引起的断层可能触发了深源地震。. 此外，根据我们的研究，发现太平洋板块俯冲到上地幔底部时，由低角度俯冲转为水平延伸，一直到达长白山火山地区下方。这一结果似乎表明中国东北地区的火山起源与太平洋板块的深俯冲存在着一定联系。