联合反演面波和体波研究大别造山带地壳上地幔结构

The Dabie orogen was formed by the continent-continent collision between the Yangtze Craton and the North China Craton. It is the natural library for continental dynamic study of deep subduction, ultrahigh pressure (UHP) metamorphic belt formation, and exhumation. Research on the crustal and upper mantle shear-wave velocity structure beneath the orogenic belt is the key to better understand the process and evolution of the UHP metamorphic belt. We collect broadband seismic data of the portable seismic array and Chinese National Seismic Network (CNSN) in this region. We construct fine crust and upper mantle shear-wave velocity structure beneath the Dabie orogenic belt, by applying seismic ambient noise, teleseismic surface wave two-plane wave tomography, and joint inversion of surface wave signals and S wave differential traveltimes taking advantages of surface wave signals and S waves sensitive to shear-wave velocities. We will apply two newest techniques during our study: synchronous and asynchronous cross-correlation of ambient noise tomography, and surface wave mode separation by high-resolution Linear Radon Transform (LRT) and dispersion measurements on surface waves only containing the fundamental mode of surface waves. We will focus our research efforts on crustal high shear wave velocities, low shear wave velocity layer in the middle crust, and slab-like high velocity anomaly in the uppermost mantle, which will provide geophysical evidences for the exhumation model of the UHP metamorphic belt. This project will provide important constraints on the understanding of dynamic mechanism of continental orogeny and evolution of orogen in the Dabie orogenic belt.

大别造山带是扬子板块向华北板块俯冲-碰撞的产物，是研究大陆深俯冲—超高压变质带形成—折返等大陆动力学过程的天然实验室。深入研究大别造山带地壳上地幔横波速度结构，是正确理解超高压变质带形成和演化等动力学过程的基础和关键。本项目基于流动台阵观测数据和中国地震台网及区域台网数据，利用背景噪声面波成像结合地震面波层析成像技术，联合反演面波相速度和远震S波走时残差，发挥面波信号与远震S波对横波速度拥有互补的敏感性，采用地震噪声同步和异步互相关、高分辨率线性拉冬变换进行面波模式分离，利用重构的基阶模式面波进行频散测量等最新数据处理技术，研究大别造山带地壳上地幔三维横波速度结构。重点研究壳内高速体、中地壳低速层和上地幔板片状高速体的倾向和深部延伸，以期为大别造山带超高压变质岩的折返动力学机制提供地球物理依据。预期研究成果对认识大陆碰撞造山带形成和演化的动力学机制具有重要科学意义。

大别造山带是扬子板块向华北板块俯冲-碰撞的产物，是研究大陆深俯冲—超高压变质带形成—折返等大陆动力学过程的天然实验室。深入研究大别造山带地壳上地幔横波速度结构，是正确理解超高压变质带形成和演化等动力学过程的基础和关键。本项目取得的主要进展包括：（1）通过有限频背景噪声层析成像方法获取了研究区8-95秒瑞雷面波相速度图，选取了88个震级大于5.5且震中距在30-90度的远震事件，计算震源到台站的S波相对走时残差。通过面波相速度与S波相对走时的联合反演，构建了0-800公里深度高分辨率三维横波速度模型；（2）高分辨率模型揭示了东秦岭-大别造山带下的残余构造以及与地幔上涌有关的岩浆活动，沿秦岭-大别造山带上地幔的速度结构有着明显的变化，这为大别造山带及邻区多期构造事件的演化动力过程提供了新的见解；（3）提出了双台C2方法，以增加用于背景噪声层析成像的射线路径，从而提高了成像的横向分辨率。通过理论推导以及模拟非均匀源条件的波场，验证了双台C2方法的可靠性，证实了双台C2方法获得的互相关函数经过pi/4的相移校正后与C1互相关函数具有很好的一致性；（4）研发了深度神经网络瑞雷面波频散曲线反演算法，通过分析对比本方法与传统反演方法的反演效率以及产生这些差别的原因，证实了基于深度神经网络的瑞雷面波频散曲线反演方法能够较大提升反演效率。研究过程中，参加了数次国内外与研究内容紧密相关的学术会议，提交会议摘要10篇；在国外专业期刊发表学术论文9篇。