台湾海峡及周边地区地壳上地幔结构联合反演

This proposal seeks to determine 3D crustal and upper mantle structure in the Taiwan Strait region (including Taiwan Island, Taiwan Strait,.and Fujian Province). Situated at the interface between the Philippine Plate and the Eurasia plate, the Taiwan Orogeny is very young with rapid rate of deformation, producing one of the highest seismicities in the world. The mechanisms for the Taiwan Orgogeny have been debated. A major contention is whether it is a "thin-skinned" effect as in the classical critical wedge model or it involves deformation at.greater depths (as in the "lithosphere collision hypothesis") and perhaps extends to greater distances into the Taiwan Strait. However,the focal mechanism of a recent great earthquake in the Strait seems and existence of "traverse" structure may suggest a mantle source of the deformation in Strait. Seismic imaging of the Strait is virtually non-existent. Our studies will help address such fundamental questions. We are blessed with a great opportunity to study in this region: availability of huge datasets in both sides of the Strait, the recent advance of ambient noise tomography and the joint inversion methodologies, and a unique data set of controlled explosions. Our research has also important implications for seismic hazard assessment, for promoting cross-straight scientific collaboration, and for training our young talents in this important area.

台湾造山带是研究造山过程的极佳场所，而其剧烈的地震活动不得不引起海峡两岸乃至世界的关注。台湾造山带形成机制目前有很大争议，焦点在于其变形是否只局限于地壳表层或是包括整个岩石圈地幔深部变形。这个争议的另一个重要问题是造山带的影响范围是否延伸到海峡。台湾海峡内平均小于百年就有一次强震。上次海峡大地震的震源机制与台湾东部碰撞带截然不同，而与区域内的"横断"构造似乎有类似性，说明可能与深部地幔活动有关。本项目总体目标是根据包括P波、接收函数和面波等观测资料，采用多种联合反演的方法，确定台湾海峡地区（包括台湾岛、台湾海峡、福建沿海）的地壳上地幔三维结构。我们将整合两岸大量的不同类型的地震数据。其中多次大型的人工爆破资料非常独特，不仅可以用来建立三维模型，同时可以用来检验模型的可靠性和地震定位的精确度。本项目将助于回答以上基础问题，同时在海峡两岸交流和人才培养和地震减灾方面有着重要的社会意义。

本项目的研究目标是解决台湾及台湾海峡地区的地壳上地幔模型参数,包括：P 波, S 及莫霍面深度分布。我们搜集的大量和多种数据，包括目录走时、手挑走时、地震波形、连续波形；利用和开发多种手段，包括走时反演，环境噪声相干成像和地震面波层析成像，以及接收函数、面波联合反演，P 波、接收函数、面波联合反演。我们得到了一个高分辨率的中国3D S波大陆岩石圈模型和地壳厚度。同时得到几个区域研究结果，包括渭河-陕西裂谷、华北克拉通、青藏高原东南部、以及东北亚地区高速俯冲板块的结构。我们对中国南海、台湾岛、菲律宾群岛及周边区域进行Pn波地震成像，结果显示琉球、台湾东部、菲律宾岛弧明显的低速特征。台湾造山带与台湾西部及台湾海峡明显差异，显示台湾碰撞带的“厚皮”（岩石圈尺度）模型的作用。我们发展了新的表面波频散、接收函数及P波速度联合反演方法。 通过跟台湾同行合作，我们已经取得台湾3D地壳P波模型。本项目科学意义包括（1）发展的3D S波模型对于相关研究有重要的参考意义（最新发表的模型已经被引用25次，不包括以前发表的模型被引用168次）。 （2）发展的联合反演方法对分辨地壳Vs、Vp/Vs及间断面有重要意义，将可以广泛应用于地壳结构及动力学研究。（3）证实台湾造山带厚皮变形模型。 薄皮和厚皮变形模型一直存在争议。我们Pn波成像结果显示厚皮模型，包括岩石圈的变形更适合台湾造山带。另外，我们开展了跟台湾同行的合作、增进了解，进行了大量的国际交流、邀请多位学者访问美国学习，培养了两名博士后和三名研究生。