地幔过渡带界面起伏3-D重建及其在青藏高原地球动力学研究中的应用

体波走时成像得到青藏高原上地幔中的高速体和低速体向下延伸进入地幔过渡带，但要回答是否印度岩石圈在高原中部俯冲到地幔过渡带、南北向裂谷和藏北上地幔低速异常是否与地幔柱有关等问题，则需要来自地幔过渡带可靠的约束。410和660界面的深度强烈地依赖于温度，通过界面深度异常可反映温度的横向变化。远震P波接收函数中来自这两个界面的转换波是测量其深度和地幔过渡带厚度的重要工具，但在地壳上地幔速度非均匀性较强的地区，测量的可靠性或分辨率无法保障。本项目拟发展能克服这一缺点的新方法，在射线管道内叠加接收函数，测量410和660界面转换波之间的时差，将其作为参数建立线性方程，利用多条转换波路径在地幔过渡带内的交叉，相互约束，求解这两个界面节点上的深度扰动，并进行检测板分辨分析和模型恢复试验，对解作出评价。选择青藏高原台站分布较密集的区域，反演地幔过渡带厚度和界面起伏，为青藏高原地球动力学研究提供新的约束。

地幔过渡带的界面起伏及厚度的变化强烈依赖于地幔过渡带温度的变化，可为研究上下地幔物质交换提供约束。为消除上地幔地震波速度非均匀对接收函数研究地幔过渡带的影响，本项研究发展了地幔过渡带界面成像新方法，仅使用地幔过渡带两个界面的走时差求解界面起伏。将该方法应用于中天山，发现伊萨克湖下方地幔过渡带明显减薄，可能下地幔起源的穿透地幔过渡带，并一直延伸至岩石圈下方，促使天山的抬升。.通过接收函数成像表明河套地堑下方的上地幔存在一个大范围的低速区，我们推测它具有较高的温度，它在上涌抬升过程中，加热了地堑的下地壳，使其熔融，地幔的抬升作用将熔融下地壳物质挤出地堑，注入到鄂尔多斯北部下地壳，这样地堑的地壳厚度减薄，而鄂尔多斯北部地壳增厚，这些熔融的铁镁质下地壳物质具有较高的波速比，因而导致我们观测到地堑地壳薄、速度比低，而鄂尔多斯北部地壳厚、速度比高；高温的上地幔同时也会加热鄂尔多斯北部的岩石圈，岩石圈受热密度减小，浮力增大，导致鄂尔多斯北部岩石圈的抬升。与鄂尔多斯北部具有较厚的下地壳不同，阴山具有较厚的上地壳，它是中生代南北向收缩，推覆体向南覆盖在阴山的地壳之上形成的，由于长英质的上地壳较厚，导致我们观测到较低的速度比。.台站架设中不可避免存在方位误差。我们根据目前几种测量方法随射线方位偏差变化的线性或非线性变化规律，以不同方法间误差最小为准则，提出了新的横波分裂测量方法。它可以同时消除地震仪方位偏差和地壳横向非均匀对横波测量的影响，大大增加了横波分裂测量的成功率。.我们使用东北缘的区域地震台网53个宽频带地震仪的远震记录，提取接收函数，利用H-K扫描方法计算地壳厚度和地壳速度比（Vp/Vs）。由于柴达木盆地内缺乏地震台，因此我们的讨论不包括柴达木盆地。结果表明青藏高原东北缘地壳具有以下特征：(1) 地壳厚度由南山、祁连山逆冲带和阿尼玛卿的60公里变化到塔里木盆地、阿拉善块体和鄂尔多斯块体的45至50 公里，地壳厚度向东是缓变，而向北则是陡变； (2) 东北缘地壳具有较低的速度比（Vp/Vs 约为 1.72），而且随着地壳厚度的增加速度比减小； (3) 对于东北缘海拔高于3.0公里的地区，地壳厚度小于青藏高原均衡模型预测的地壳厚度，这一现象可能只是地壳增厚可能导致地壳密度减小。上地壳增厚模型和下地壳挤出模型可以很好地解释我们的观测。