扬子克拉通过渡带地震波速度结构及其动力学意义研究

Up to now, seismic studies related to the deep structure in the upper mantle transition zone (TZ) beneath craton or sheild are relatively poor. For example for Yangtze craton, there are highly debated about different patterns, which are proposed to explain the different seismic observations. Unlike to deep structure under other typical cratons, Many seismic tomography studies indicate both high P-wave (Vp) and S-wave (Vs) anomalies in the upper mantle transition zone (TZ) beneath Yangtz craton, which is also characterized with strong lateral TZ variations. However, both upper mantle discontinuities at 410 and 660 km under Yangtze craton seem close to the average value of the global IASP91 model mapped by migrated receive function. To resolve the differences, we constrain the TZ structure both in Vp and Vs under Yangtz craton by using seismic profiles of triplicated waveforms. The triplication modeling can not only map the lateral variation of the discontinuities at 410 and 660 km, but also present the detailed seismic TZ velocity structure. Data are collected by Chinese regional networks, portable seismic array which have finished or just deployed recently in the project of Chinese seismic arrays deployed by Chinese Earthquake Administration (CEA). A straightforward comparison of Vs and Vp structures from same earthquakes can offer reliable constrains and aid in the discrimination between thermal and compositional heterogeneity, thus exploring seismic evidence for dynamic process involved in Yangtz craton.

克拉通或典型地盾下方过渡带的深部结构是否接近于全球标准模型存有争议。扬子地块作为我国元古宙克拉通的典型代表，关于其过渡带的深部结构的认识也缺乏详细的认识。层析成像研究显示其过渡带有明显的地震波高速异常，且其内部横向变化非常强烈。然而接收函数研究则表明其地幔间断面埋深接近于全球标准模型，暗示过渡带内无明显的低温异常。分歧的原因在于扬子克拉通尚缺乏大规模的天然地震观测研究，因而对其上地幔过渡带深部结构的分辨较低。本项目将充分利用中国地震局固定台网，已有的流动台阵，以及最新启动的中国科学台阵探测项目流动台阵的观测资料，开展三重震相剖面波形模拟获取研究区过渡带的P波和S波速度结构，为研究扬子与周边青藏高原和华北块体的相互作用及动力学演化模式提供较为可靠的地震学证据。其次，结合印度地盾等已有观测资料，获取稳定大陆下方过渡带深部结构共同特征。

克拉通或典型地盾的一个重要标志是其具有巨厚的岩石圈地幔，然而巨厚岩石圈地幔下方的过渡带深部结构是否接近于全球标准模型，目前仍存有较大争议。扬子地块作为我国元古宙克拉通的典型代表，与毗邻的青藏高原和华北克拉通的构造演化紧密相连，因而其壳、幔结构的探测具有重要意义。本项目主要研究内容是采用三重震相波形模拟的方法，通过构建不同方位的三重震相剖面，获取研究区过渡带的P波和S波速度结构，从而为研究扬子与周边青藏高原和华北块体的相互作用及动力学演化模式提供较为可靠的地震学证据。在本项目实施过程中，一方面利用中国数字测阵台网记录到的台湾周边地区发生的两个中深源地震事件的观测资料，采用三重震相波形模拟的方法，获得了扬子克拉通东部地区上地幔的P波和S波速度模型。结果显示，研究区410km深度附近存在明显的低速异常，而过渡带底部速度结构无明显异常。另一方面，充分利用2011年-2014年“中国地震科学台阵探测-南北地震带南段”密集台阵资料以及2007年-2009年布设的川西流动台阵数据，采用P波接收函数叠加成像的方法，获得了整个青藏高原东部和东南缘的上地幔过渡带结构。结果显示，红河断裂带以西地区的410-km和660-km间断面均明显下沉，我们推测这两个间断面的下沉与上地幔顶部的低速异常有关，暗示红河断裂可能已切穿整个地壳，并向下延伸到上地幔顶部。其次，研究表明腾冲火山下方的过渡带厚度无明显异常，暗示腾冲火山的起源可能与俯冲的印度板块的撕裂有关。研究还发现在扬子克拉通西缘，即川滇菱形块体下方，过渡带厚度明显加厚约20km，推测可能与上覆岩石圈地幔的拆沉有关。此外，在扬子克拉通和华夏地块的交接地带的一些局部地区，发现过渡带厚度明显减薄。上述研究成果相继在JGR（2017）和地球物理学报(2018)上发表。