近震与远震联合衰减层析成像方法及其在长白山火山区的应用

已有的研究表明东北地区的构造演化同太平洋板块西向俯冲密切相关，但对于长白山火山的起源及其深部岩浆房特征等问题尚存很大争议。虽然地震层析成像研究表明在长白山火山区地表至400 km深度范围存在显著的柱状低速异常体，但分辨率较低，因此对该异常体存在的规模和可靠性的判断需要其它地球物理证据，而地球介质的衰减结构研究为此提供了重要的约束。本项目拟实现近震与远震联合衰减成像方法，该方法不但能同时获得研究区地壳和上地幔三维衰减结构，而且由于远震射线的加入，也能在一定程度上提高地壳衰减成像的分辨率。收集该区固定台、临时台站以及本项目计划布设的20台次宽频带流动台站接收到的波形数据，利用新的衰减成像方法获取中国东北长白山火山区较高分辨率的壳幔三维衰减结构，结合速度层析成像、地质学、地球化学等研究成果来探讨东北地区活火山的起源及其演化，为火山灾害预测和东北地区区域构造演化的深入研究提供重要深部信息。

地球内部衰减结构的重建是地震学研究的核心内容之一。描述地震波衰减的一个重要物理参量是介质的品质因子（Q 值），它描述了介质的非完全弹性特征。普遍认为介质的Q 值与壳幔的结构特征，如火山区的流体与部分熔融分布、构造活动区的断层分布、壳内低速层、温度等密切相关。. 已有的研究表明中国东北地区的构造演化与太平洋板块西向俯冲密切相关，但对于长白山火山的起源及其深部岩浆房特征等问题尚存很大争议。虽然地震层析成像研究表明在长白山火山区地表至400 km深度范围存在显著的柱状低速异常体，但分辨率较低，因此对该异常体存在的规模和可靠性的判断需要其它地球物理证据，而地球介质的衰减结构研究为此提供了重要的约束。本项目实现近震与远震联合衰减成像方法，该方法不但能同时获得研究区地壳和上地幔三维衰减结构，而且由于远震射线的加入，也能在一定程度上提高地壳衰减成像的分辨率。. 本项目收集了长白山火山区临时台站以及本项目布设的10个宽频带流动台共计30个台站接收到的93个地震的波形数据，利用衰减成像方法获取了中国东北长白山火山区较高分辨率的壳、幔三维衰减结构。衰减成像结果显示长白山、龙岗、镜泊湖火山下方存在显著的低Q异常，且该异常一直延伸至400 km深度左右。为了便于与速度结构进行对比，我们也采用相同的台阵接收到的远震数据进行了远震P波速度结构成像，从P波速度图上可以看出火山下方表现为低速异常，一直延伸到400 km深度附近，与衰减结构具有很好的一致性。这说明地震波的高衰减区域主要发生在410 km间断面附近。速度成像和衰减成像表明在地幔转换带内部（410-660km）主要以高P波速度和高Q（低衰减）异常为主，表明该异常的形成与西向俯冲的太平洋板块有关。. 速度和衰减成像结果表明冷的、高速的太平洋板块向欧亚板块东北部俯冲，但并没有穿过660 km速度间断面直接进入下地幔而是滞留在地幔转换带内，其携带到地幔中含有氢氧的矿物在高温高压下发生脱水反应，而中国东北地区深地震的发生为板块脱水提供了另外一个途径。大量的流体被释放到东北地区上地幔中，使岩石熔点大大降低，促进该区岩石形成部分熔融岩浆。俯冲的太平洋板块在东北亚地区形成了大地幔楔，地幔楔的对流循环导致岩浆上涌，形成了长白山等板内火山。