华北克拉通地区地壳和上地幔P波各向异性层析成像研究

华北克拉通从稳定到破坏的演化过程是地球科学研究的一项重要内容。地球介质的各向异性记录了构造块体现今及构造历史时期地球动力学过程的重要信息，但仅用SKS剪切波分裂研究获得的各向异性结构存在着垂向分辨率较差的问题。因此，本项目将在先前各向异性层析成像工作的基础上进一步完善成像程序，利用国家地震科学数据共享中心提供的2001-2008年震相报告中的近震P波到时,并拾取远震波形的P波到时，对华北地区地壳及上地幔进行近震远震联合P波各向异性层析成像研究。走时反演参数化一个各向同性速度扰动和两个各向异性参数。在模型中将综合考虑Conrad、Moho起伏界面的影响作用。获得的各向异性成像结果将与先前的各向同性层析成像、SKS剪切波分裂、华北地区的地质构造及应力分布等进行对比分析，加深人们对华北克拉通地区的地下速度横向变化、各向异性结构和地球动力学特征的了解，为华北克拉通破坏研究提供新的地学证据。

利用区域地震P波到时研究了华北地区地壳与上地幔顶部的速度和方位各向异性结构，结果表明华北盆地下地壳及上地幔顶部表现为广泛分布的低速，其可能与晚中生代的玄武岩浆活动相关；华北东部的中部地区上地幔顶部主要表现为北西-南东向的快速方向，其可能代表了克拉通破坏后新生岩石圈的各向异性特征。进一步完善了P波各向异性成像程序，使其同时能够反演方位角及径向各向异性结构，并先将其运用到日本俯冲带地区进行测试，结果表明弧后地幔楔主要表现为与海沟垂直的方位角快速方向，弧前地幔楔中则存在与海沟平行的快速方向,俯冲的太平洋板块及菲律宾海板块则主要表现为与海沟平行的快速方向；地幔楔中与岩浆活动相关的低速体主要表现为负的径向各向异性(P波径向速度>水平向速度)，而俯冲的太平洋及菲律宾海板块主要表现为正的径向各向异性(P波径向速度<水平向速度),俯冲带地幔的复杂的各向异性结构可能揭示了复杂的地幔对流状态及橄榄石结构的变化：地幔楔中主要存在与板块俯冲相关引起的角对流，但在东北日本火山链下方的地幔楔中可能存在在与海沟平行的小尺度对流，弧前地幔楔中可能存在着B型橄榄石结构，地幔楔中与岩浆活动的热上涌中可能存在着E型橄榄石结构，俯冲板块中可能存在着A或B型橄榄石结构。加入远震P波相对到时残差数据对华北上地幔进行P波各向异性成像研究，结果表明鄂尔多斯下方一直到～250公里表现为高速体，且其P波快速方向表现为近似南北向，随着地幔深度的增加，整个华北克拉通地幔中的P波快速方向表现为北西-南东向，与太平洋俯冲所导致的地幔流动方向一致，仅在青藏高原东北缘的祁连山和柴达木块体下方的上地幔的P波快速方向主要表现为北东-南西向，与印度与欧亚板块碰撞所引起的流动方向一致；同时鄂尔多斯岩石圈地幔总体表现为负的径向各向异性(P波垂直速度大于水平速度)，可能表明鄂尔多斯岩石圈地幔保留了其在太古代甚至更早形成时期的各向异性结构，并且其可能是通过高程度的地幔柱熔融发生垂向生长而形成,华北东部上地幔存在高速异常且表现为负的径向各向异性，其可能是被破坏的太古代克拉通岩石圈地幔，在其下方的地幔过渡带中存在表现为正的径向各向异性的高速异常，其可能是俯冲的太平洋板块, 其各向异性是由B型橄榄石晶体优势排列引起的。