中国东北地区地壳与上地幔体波速度、P波各向异性结构研究

Since the Mesozoic and Cenozoic, evolution of lithospheric structure, activity of intraplate volcanism in Northeast China, are closely related to the subduction of the Pacific plate and Mongolia-Okhotsk suture zone, but the tectonic mechanism and extent exist controversy. Although the column low-velocity anomalies were imaged beneath the Changbai and Wudalianchi intraplate volcanoes, whether these anomalies being asthenospheric upwellings needs to be further studied and tested. Above scientific issues are all related to the mantle flow. In this project, we present a P-wave radial anisotropy tomography method by using regional and teleseismic data jointly. We collect regional and teleseismic travel-time data recorded by the permanent, temporary and new 20 stations we will set up, and use the radial anisotropy tomography to obtain the body wave velocity and anisotropic structures of the Northeast China. Radial and azimuth anisotropic structures can clearly present the rising and horizontal flow. We mainly discuss the following two scientific issues by using anisotropic structures. One is origin and evolution of Changbai and Wudalianchi volcanoes, and effect of deep tectonic activities related to the Pacific subduction on the volcanic activities; the other is discussing the deep dynamic actions of plate movement to the lithosphere evolution in Northeast China.

自中新生代以来东北地区的岩石圈构造演化、板内火山活动与鄂霍茨克缝合带、太平洋板块俯冲作用密切相关,但作用机制和范围尚存很大争议。虽然在长白山和五大连池火山区下方探测到柱状低速异常体，但是否为上升的软流圈热物质尚需进一步研究和验证。上述科学问题均与地幔流模式密切相关，所以本研究拟实现近震与远震P波联合垂向各向异性层析成像方法。收集中国东北和华北部分地区固定台、流动台以及本项目将在五大连池火山区布设20套次宽频带流动地震台站接收的近震与远震体波走时资料，获取中国东北地区体波速度与P波各向异性结构。水平和垂向方位各向异性结果可以清晰分辨出研究区上地幔中哪些区域以上升流为主，哪些区域以水平地幔流为主。利用上述信息着重研究和探讨以下两个科学问题：一是研究长白山、五大连池火山形成机制及与太平洋板块俯冲相关的深部构造活动对地表火山活动的影响；二是探讨该区板块相互作用对东北地区岩石圈构造演化的动力作用。

自中新生代以来东北地区的岩石圈构造演化、板内火山活动与鄂霍茨克缝合带、太平洋板块俯冲作用密切相关,但作用机制和范围尚存很大争议。虽然在长白山和五大连池火山区下方探测到柱状低速异常体，但是否为上升的软流圈热物质尚需进一步研究和验证。上述科学问题均与地幔流模式密切相关，所以该区各向异性结构研究至关重要。. 本项目在P波走时层析成像、方位各向异性成像方法基础之上，实现了P波垂向各向异性层析成像方法，该方法适用于近震与远震P波走时数据的联合反演。收集东北亚地区（中国东北、华北和日本等）固定台、流动台以及本项目在东北地区布设的流动地震台站接收的近震与远震体波走时与波形资料，获取中国东北地区体波速度、P波各向异性与壳幔界面起伏变化结构信息，用于探讨中国东北典型构造带（重力梯级带、活火山与西太平洋俯冲板块等）的形成与演化。. 本项目针对东北亚地区关键科学问题获得的重要进展如下：.（1）综合接收函数和层析成像（速度、各向异性）的研究结果，我们认为西太平洋板块在中国东部地区水平滞留在地幔转换带内。俯冲板片内的含水矿物或断层再活动等引起的深部脱水作用和大地幔楔内的对流循环造成部分熔融热物质上涌的深部过程是导致东北亚地区板内火山（长白山、五大连池）和大陆裂谷（松辽盆地）形成的主要原因，长白山火山下方的岩浆物质起源于410km深度附近。.（2）西太平洋俯冲板片的前缘位置基本与大兴安岭重力梯度带的位置相吻合，在重力梯度带以西的区域也并未发现有明显的高速异常体的存在。即太平洋板块前缘已到达大兴安岭重力梯级带附近，板块前端引起的上升地幔热流对于大兴安岭重力梯级带的形成与后期演化起到关键的作用。.（3）成像结果显示北纬43°以北区域太平洋板块穿过660km间断面，俯冲到下地幔，而在以南区域则水平滞留在地幔转换带内。考虑到在~43Ma西太平洋板块的俯冲方向从NNW调整为NW向，我们认为西太平洋板块俯冲差异是由该次板块转向导致的。