利用背景噪声干涉技术研究俯冲带地区地幔转换带间断面带结构以及滞留大洋板块的影响

The fine structure of the mantle transition zone (MTZ) discontinuities within the subduction zone of the oceanic plate is of great significance for the study of the effects of material and temperature anomalies on the phase transition process and the mantle dynamics. Our two study areas are located in the eastern part of the North China Craton and the southeastern margin of the Tibetan Plateau. The subducted Pacific and Indian Ocean plates are respectively retained within the MTZ below the two study areas. Clear reflected body waves P410P and P660P from the MTZ discontinuities have been obtained using ambient noise interferometry technique. The preliminary results show a significant lateral change in the waveform of the reflected body waves. To further improve lateral resolution, we have collected continuous waveform data from both transportable seismic arrays and permanent broadband stations in two study areas. The ambient noise cross-correlations of the dense seismic array will be used to image the MTZ discontinuities. And the seismic observations will be combined with the mineral physics data and waveform modeling to further study the temperature and chemical composition anomalies that may be corresponding to the lateral variation of the seismic waveforms. Finally, the relationship between the lateral variation of the MTZ discontinuity structure, the temperature and composition anomalies and the stagnant plates and its geoscience significance will be analyzed.

大洋板块俯冲区域的地幔转换带间断面精细结构对于我们研究俯冲板片带来的物质和温度异常对相变过程的影响和地幔动力学效应具有重要意义。我们的两个研究区分别为于华北克拉通东部和青藏高原东南缘，俯冲下去的太平洋板块和印度洋板块分别滞留在两个研究区下方的地幔转换带内部，我们利用背景噪声干涉技术在两个区域得到了清晰的上地幔间断面反射体波震相P410P和P660P，初步结果显示反射体波波形存在显著的横向变化。为了进一步提高横向分辨率，我们已经收集了两个研究区的流动密集台阵和固定宽频带台站的连续波形数据。我们将利用密集地震台阵的背景噪声互相关函数对地幔间断面结构进行成像，并结合矿物物理数据和波形模拟进一步研究地震观测波形的横向变化可能对应的温度和化学成分异常。最后会分析地幔间断面结构横向变化、温度和成分异常与滞留板块的关系及其地球科学意义。

地幔转换带是上地幔和下地幔的过去区域。地幔转换带间断面结构横向变化能够提供地幔转换带内成分和温度异常的直接证据，进而为研究地幔对流和地球内部物质循环过程提供关键线索。传统地震学方法研究地幔间断面结构往往受制于地震的时空分布，本研究发展了一种新颖的背景噪声体波干涉成像技术研究地幔间断面精细结构，摆脱了对天然地震的依赖。我们首先计算了华北地区和川滇地区多个密集地震台阵和固定地震台站的垂直分量的连续背景噪声互相关函数，采用相位加权共反射点叠加技术提取背景噪声互相关函数中地幔间断面上界面反射体波信号（P410P和P660P）。在华北地区，利用背景噪声数据提取的地幔间断面反射体波信号表现出了显著的横向变化特征，尤其是在滞留的太平洋板块前缘存在非常弱的P660P震相。我们将观测的反射体波信号与矿物物理模拟和波形模拟相结合揭示了地幔转换带底部存在分离堆积的大洋地壳成分。在川滇地区，我们利用背景噪声体波干涉成像技术获得了410-和660-km间断面的地形起伏特征，与传统接收函数结果具有高度的一致性。综合噪声体波成像结果、体波走时层析成像结果和地球化学观测，我们提出地幔转换带底部的高速异常是在始新世-渐新世拆沉的大陆岩石圈，而非俯冲的印度洋岩石圈。拆沉的岩石圈目前位于地幔转换带底部，穿过660-km间断面进入下地幔。岩石圈拆沉显著弱化了残留岩石圈的结构强度，为哀牢山-红河断裂带启动提供了有利条件。同时，我们利用华北地区的背景噪声互相关函数和远震地震面波数据联合反演了华北克拉通精细岩石圈结构。成像结果显示华北克拉通破坏显著弱化了其中、东部岩石圈的结构。在印度-欧亚大陆持续碰撞的过程中，华北克拉通发生了大规模左旋剪切。精细的岩石圈结构和左旋剪切的动力学过程应该在后续的地震灾害评估中考虑进去。