雅浦俯冲带地壳上地幔速度结构特征及其构造意义

Yap Subduction Zone, located at the southeastern margin of the Philippine Sea Plate, provides an excellent opportunity to study the geotectonics and mantle dynamics of subduction zone at early stage because of its unique tectonic background. Investigating the deep velocity structure of the Yap Subduction Zone is quite important to further understand its subducting tectonics and evolution, as well as the tectonic evolution of the Philippine Sea Plate and the Western Pacific. Based on the new earthquake data collected recently using Ocean Bottom Seismometers, this study will use Adaptive Quantum Genetic Algorithm to locate the earthquakes precisely, and then use TOMOG3D method to invert the high-resolution 3D velocity structure and Poisson ratios of the crust and upper mantle of the Yap Subduction Zone. By analyzing these results, we will probe into the tectonic elements which result in the velocity anomalies and the control effect of the deep velocity anomalies to the shallow geological structures. Combined with the focal mechanism solutions, earthquake-generating mechanism in the subduction zone and the main parameters controlling subduction will be revealed. By the above research, we will discuss the subduction attribute and the tectonic evolution of the Yap Subduction Zone and constrains to the regional evolution.

雅浦俯冲带位于菲律宾海板块东南端，由于其具有独特的地质构造背景，这为俯冲过程初始阶段的相关地质构造及地幔动力学研究提供了一个优越的天然实验室。对雅浦俯冲带进行深部速度结构研究，对于更好地理解雅浦海沟的俯冲构造活动以及俯冲带的构造演化具有非常重要的意义，也有助于我们更深入地理解菲律宾海板块和整个西太平洋的构造演化。本课题拟基于在该海域最新采集的海底地震仪天然地震数据，利用自适应量子遗传算法实现地震的精确定位，进而利用TOMOG3D地震层析成像程序反演雅浦俯冲带地壳及上地幔的高分辨率三维速度结构以及泊松比分布，分析导致研究区速度异常的地质构造因素和深部速度结构异常对浅部地质构造的控制作用，并通过计算震源机制解揭示俯冲带内地震的发震机制和控制俯冲的主要因素，探讨雅浦俯冲带的俯冲构造属性、构造演化历史及对区域演化的约束。

本项目基于在雅浦俯冲带最新采集的海底地震仪天然地震数据，通过层析成像反演获得雅浦俯冲带的三维速度结构，分析探讨导致研究区速度异常的地质构造因素和深部速度结构异常对浅部地质构造的控制作用。本项目首先将自适应量子遗传算法引入到地震定位中，通过数值实验证明了该算法应用于地震定位的有效性和稳定性，和具有较强的抗干扰能力和较高的定位精度。然后利用P波近远震到时数据对马尼拉俯冲带洋底高原和陆壳与海沟的相互作用进行了层析成像研究。结果表明，洋底高原的俯冲以及陆壳与海沟的碰撞导致海沟轴线的弯曲，板块俯冲角度变小，洋底高原和陆壳岩石圈周边板块的断裂，上覆板块火山活动发生迁移等，这为后期利用被动源海底地震仪记录的天然地震数据研究雅浦俯冲带加罗林洋脊与雅浦海沟的相互作用奠定了坚实的基础。随后利用背景噪声互相关技术和布放在雅浦俯冲带获得的被动源海底地震仪数据，得到了台站间的相对时钟漂移和每个台站的绝对时钟漂移量，并进行了线性校正。利用海底地震仪记录的远震数据进行了远震层析成像，结果表明雅浦岛北部存在一条近似垂直、甚至可能与俯冲方向相反的高速异常，延伸到约300 km深度，推测可能是发生倒转的太平洋板块，这可能是导致震源机制解得到的该段处于拉张应力环境的主要原因；雅浦岛南部，在帕里西维拉海盆下部存在近垂直的高速异常，最大深度约为200 km，可能是发生断裂的俯冲板块的残留，这可以解释在11-7 Ma发生的短暂的火山活动以及震源机制解得到的该段处于挤压应力的环境。