东北地区深部三维结构及其与太平洋板块的关系研究—对华北克拉通破坏动力学机制的启示

结合地球物理、地球化学及岩石学的最新成果，人们认为太平洋板块俯冲使东亚大陆下地幔流动呈现快速不稳定的特点，作用于上覆岩石圈，由此引起了华北克拉通的破坏。然而，目前在华北克拉通地区已难以直接探测当年太平洋板块俯冲对克拉通的作用。本申请将通过研究仍在"活跃的"东北地区之下太平洋板块俯冲作用对上地幔结构的影响，推断当年太平洋板块俯冲对华北克拉通破坏可能产生的影响。我们将在已有资料的基础上，充分利用中国大陆区域地震台网、流动地震观测资料，建立新的中国大陆及邻区地幔结构模型，重点厘清东北地区下太平洋板块俯冲滞留形态的细节。采用多种地震层析成像技术获取东北地区上地幔三维波速（比）结构、衰减结构及其各向异性等多方面的信息，探讨岩石圈底界面的横向变化，由此分析太平洋板块对上地幔结构的影响及其与上地幔的接触关系，为研究华北克拉通破坏的动力学机制提供重要的依据。

本项目在以往积累的地震资料基础上，收集了近年中国地震年报和ISC 的EHB数据集，并挑选中国区域地震台网和一些流动地震台阵记录的几百个地震事件，拾取了几十万条多震相区域地震到时及远震P波、S波到时资料。项目采用地震体波层析成像方法建立了新的中国大陆及邻区三维P波地幔速度结构模型，相对于我们2006年的模型，由于有针对性地增加了大量到时资料，该模型的分辨率有较大的提高；本研究还利用有限频率层析成像、区域震远震联合反演的地震体射线层析成像、背景噪声地震面波层析成像、Pn各项异性层析成像及P波、S波接收函数联合反演等，反演区域地震台网和东北流动地震台阵、华北流动台阵资料获得区域下方三维P波、S波速度结构、各向异性、岩石圈底界面横向变化等多方面的深部结构信息，由此得到如下认识：1）中国大陆及其邻区新的高分辨率地幔结构模型揭示太平洋板块向中国东北地区下俯冲后滞留，但该区下的滞留板块结构较为复杂且不完整，使得该区俯冲板块对上覆地幔的作用可能不同；2）由地震体波层析成像获得的东北地区下的地壳、上地幔速度结构揭示滞留板块上方某些区域地震波速度偏低，这可能反映了板块俯冲对上覆岩石圈地幔的作用，使之处于高含水或部分熔融的状态；3）背景噪声不同周期各向异性的反演结果揭示东北地区地壳、岩石圈地幔和软流圈存在不同变形特征，特别是岩石圈地幔可能保存了该区中生代以前复杂的构造历史及后期的构造改造作用；4）东北地区不同构造单元的速度结构差异明显，大兴安岭的上地幔速度一直较低，可能与中生代以来该区大规模岩浆活动相关，长白山火山下的低速异常延伸较深，我们推断长白山火山的起源可能与太平洋板块的俯冲作用直接关联；由于本研究必须使用的东北流动地震台阵数据共享时间较晚，到目前本项目共发表论文5篇，其中SCI 论文4篇，主要结果将陆续发表。