中国大陆及邻区多尺度、多分辨率三维 P 波各向异性层析成像研究

Mainland China, which is located in the southeastern part of the Eurasian plate, is one of the most active and complex deformation regions in the world. It is an ideal region to study continental deformation and deep dynamic process. Seismic anisotropy can provide important constrains on the present and past tectonic deformation inside the Earth, which is an effective means to studying continental dynamics. As one of the most widely used method to studying seismic anisotropy, although shear wave splitting can provide good horizontal resolution, it can’t resolve the depth of the anisotropy due to its bad vertical resolution. In this study, we selected the Mainland China as the study region. We collected, picked and merged a large number of P-wave arrival-time data from regional seismic networks of China, global seismic networks of IRIS and ISC to determine multi-scale, multi-resolution 3-D P-wave velocity and P-wave anisotropy structures. According to the obtained P-wave anisotropic model with good vertical resolution, we can study the deformation and coupling of the crust and lithospheric mantle in the Tibetan plateau, and the structure and deformation characteristics of the subducted Indian lithosphere, which can provide new seismological constrains on dynamics of the plate subduction and the uplift of the Tibetan plateau.

中国大陆位于欧亚板块东南部，是世界上大陆变形最为活跃、最为复杂的地区之一，是研究大陆构造变形及深部动力过程的理想场所。地球介质各向异性能够提供构造块体现今及构造历史时期地球深部的变形信息，为研究大陆动力学问题提供可靠依据。作为研究地球介质各向异性的一个主要方法，剪切波分裂测量尽管能提供较好的横向分辨率，但受垂直分辨率差的制约，该方法不能准确限定所观测的各向异性的来源深度。本课题选取中国大陆作为研究区，以中国国家地震台网中心、国际 IRIS 和 ISC 台网中心为数据平台，收集、拾取、合并各个地震台网中心记录到的 P 波数据，反演求得中国大陆及邻区多尺度、多分辨率三维 P 波速度结构以及 P 波各向异性结构。利用获得的有深度分辨率的 P 波各向异性模型，我们将讨论青藏高原岩石圈壳幔变形及耦合，印度岩石圈俯冲状态及变形特征，为大陆板块俯冲动力学及青藏高原隆升动力学提供地震学上新的证据。

中国大陆位于欧亚板块东南部，是世界上地质构造最复杂、地震活动性最强的地区之一，是研究大陆构造变形及深部动力过程的理想场所。利用国际地震中心（ISC）、中国地震台网和中国密集流动台阵观测的P波和S波到时数据，开展了中国大陆及周边地区P波各向异性和S波速度成像研究。获得了高分辨率的P波和S波层析成像模型。研究表明，通过使用发生在青藏高原的地震被周边密集台阵记录的P波下行回折射线，可改善青藏高原上地幔射线方位交叉覆盖，显著提高青藏高原岩石圈和软流圈的成像精度。成像结果约束了青藏高原下伏印度岩石圈俯冲的北部边界、三维几何形态，揭示了分段式差异性的俯冲特征。研究发现在青藏高原上地幔底部和地幔过渡带存在不同尺度规模的高速异常结构，可能代表拆沉的岩石圈物质。利用获得的三维方位各向异性模型合成了SKS分裂参数，通过与实际观测比拟，发现青藏高原上地幔存在分层各向异性，本研究为厘清印度岩石圈俯冲特征、青藏高原岩浆作用深部过程和高原隆升问题提供地震学关键线索。提出了适合线性阵列的二维剖面成像方法，显著提高了五大连池火山和哈拉哈河火山上地幔的成像分辨率，发现在这两个火山的上地幔顶部（35-200km）存在小尺度（~60km）近垂直向的低速异常，并在200km深度附近与从地幔过渡带附近上升的倾斜低速异常相连接。S波成像结果表明在大同火山和郁陵岛火山也存在类似的结构特征。由于这些板内火山分布在俯冲太平洋板块的不同部位，表明太平洋板块俯冲的各个阶段都引起上覆板块的火山活动。太平洋板块的俯冲、脱水及其与上覆岩石圈、软流圈地幔的相互作用是中国东北火山岩浆活动的主要控制因素。