中国东北及周边地区地幔顶部Pn波速度与各向异性地震学参考模型

Northeastern China is located on the eastern end of the Eurasian Plate and is strongly influenced by the subduction of the Pacific Plate. There are several volcanic systems such as Changbai Mountain, Jingpo Lake, and the Wudalianchi volcanoes located in this region. This is a key region for studying the dynamic processes of the subduction of the Pacific Plate and the deep structure of the volcanic areas. Pn-wave ray paths are concentrated in the uppermost mantle and can provide high-resolution velocity and anisotropy imaging of the mantle. However, previous Pn imaging studies were not only affected by systematic errors due to the crustal structure but also limited by the amount of seismic data. The inconsistent imaging results of Northeastern China were unable to confirm the velocity structure of the uppermost mantle beneath the Songliao Basin and the hot material characteristics beneath volcanic regions such as Changbai Mountain and Jingpo Lake volcanoes. A more accurate Pn velocity and anisotropy model is required. This project plans to apply the newly developed high-accuracy Pn velocity and anisotropy imaging method which adapted to complex structures, comprehensively collect seismic data from permanent and temporary stations, and establish a high-accuracy uppermost mantle Pn velocity and anisotropic seismic reference model for Northeastern China and the surrounding areas, which can provide a more reliable seismological foundation for the study of deep earth dynamic processes and the deep structure of volcanic regions.

中国东北地区位于欧亚板块东端，受太平洋板块俯冲作用影响显著，区域内分布有长白山、镜泊湖、五大连池火山等多个火山系统，是研究板块碰撞俯冲等动力学过程及火山区深部结构的关键区域。利用射线路径集中于地幔顶部的Pn波这一优势震相，可以获得地幔顶部高分辨率的地震波速度与各向异性结构。但前人Pn成像研究一是受地壳结构差异造成的系统性误差影响，二是受数据量较少的制约，在中国东北及周边地区的成像结果存在较大差异，无法有效约束松辽盆地下方地幔顶部速度结构以及长白山、镜泊湖等火山区下方地幔热物质特征，亟需更高精度Pn波结构模型。本项目计划利用申请人新发展的适应于复杂壳幔结构的高精度Pn波速度与各向异性联合成像方法，全面收集整理固定台站及流动台站地震数据，建立中国东北及周边地区地幔顶部高精度Pn波速度与各向异性地震学参考模型，为研究地球深部动力学过程以及火山区深部结构提供更为可靠的地震学依据。

中国东北及周边地区受太平洋板块俯冲作用影响显著，区域内分布有长白山火山、镜泊湖火山等多个火山系统，是研究板块碰撞俯冲动力学过程及板内火山深部结构的关键地区。本项目利用发展的地幔顶部地震波速度与各向异性联合成像方法，获得了包括中国东北地区在内的西北太平洋俯冲带地区高质量的地幔顶部Pn波速度和各向异性结构，提供了关于板块碰撞俯冲和深部热物质运移过程的新的关键信息。研究发现了长白山、镜泊湖等火山下方小尺度地幔低速结构，提出了东北地区板内火山下方地幔热物质分股上涌的新模型。揭示了太平洋板块俯冲弧后地区地幔流动对地幔顶部结构影响的空间差异性，提出了新的西北太平洋俯冲带板块动力学模型。在此基础上，对中南美洲地区、阿留申-阿拉斯加俯冲带等典型的大洋板块俯冲带地区开展了一系列相关研究。发现了尼加拉瓜地区阿祖尔火山下方独立的小尺度地幔顶部低速结构，揭示了该弧后火山下方地幔热物质的独立上涌特征，为俯冲带弧后火山下方岩浆的运移机制提供了新的地震学约束。发现了卡尔达斯构造带南北两侧Pn波速度和各向异性结构的显著差异，给出了包含板块撕裂、岩浆间隙以及地幔流动模式的纳斯卡板块俯冲动力学新模型。项目研究成果发表SCI论文6篇，其中第一标注Nature Index期刊论文4篇。本项目研究得到的中国东北及周边地区Pn波速度与各向异性地震学模型已提交至“中国区域地震学参考模型”成果中心。