南海残留洋脊的俯冲:基于海底地震观测的层析成像和各向异性约束

Subduction of a fossil ridge and seamount could alter the seismicity, magma and mantle flow of a subduction zone. This proposal aims to investigating dynamic processes related to ridge and seamount subduction by deploying 12 passive-source ocean bottom seismographs (OBS)， in two phases, along the middle segment of Manila trench in South China Sea. We will combine OBS data from previous experiments and land stations. Deploying OBS enlarges the E-W aperture of the seismic network, therefore leads to better and evener data coverage in the deep mantle; A joint inversion of surface wave and body wave with finite frequency sensitivity kernels would improve the usage of ocean bottom noisy data, as well as reduce the smearing effect of shallow anomalies on the deep mantle. The velocity model derived from this study provides better constraints for the presumed tearing on the subducating slab. On the other hand, we will conduct seismic anisotropy analysis by investigating shear waves generated by both local and teleseismic earthquakes. These anisotropic parameters would be valuable to infer the mantle flows around the tearing of subducting slab, through which the mechanism of the magma generation beneath Luzon could be understood.

残留洋脊和海山的俯冲会改变俯冲带的地震活动性、岩浆活动以及地幔流等动力学过程。 本项目拟通过在马尼拉海沟中段布放12台海底地震仪（OBS), 分两个阶段分别进行5个月的被动源海底地震观测，结合海盆中已有的OBS数据和陆上台站来研究南海的残留洋脊和海山链的俯冲效应。 OBS的布放扩大了吕宋岛东西方向的观测范围，使得深部数据覆盖更为均匀； 应用面波和体波相结合的有限频层析成像方法不但可以提高海底地震资料的利用率，又能消除浅层异常对于深部地幔结构的影响。由此获得的速度结构模型将用来证实残留洋脊的俯冲是否导致了板片撕裂。 另一方面，对于马尼拉俯冲带的本地地震和远震进行各向异性分析可以约束被撕裂的俯冲板片周边（包括裂口，地幔楔和下覆地幔）的地幔流异常，并据此推断板片撕裂是如何改变这一区域俯冲带的岩浆活动的。

南海的残留洋脊代表了全球洋中脊系统的一个极端状况，也就是完全闭合但持续存在岩浆活动。这一特殊洋中脊的地壳和岩石圈结构对于揭示洋中脊构造演化有着重要意义；此外，扩张后岩浆活动所形成的海山链及其俯冲效应对于理解马尼拉俯冲带的地震活动性和岩浆活动等动力学过程有着重要影响。 本项目通过在南海中央海盆布放被动源海底地震仪（OBS）台阵进行海底地震观测，来研究南海的残留洋脊之下的岩石圈结构和海山链的俯冲效应。由于仪器设备性能不佳所导致的数据覆盖不理想，尽管如此，我们成功采集部分南海中央海盆多期被动源OBS观测资料，基于这一数据集，我们进行了接收函数分析和面波层析成像工作。 通过接收函数分析方法，我们确定了残留洋脊附件的地壳厚度以及地壳纵横波波速比。在非常接近残留洋脊的站位，地壳厚度显著减薄，且纵横波波速比变得非常高。这表明在洋脊扩张的最后阶段，生成新洋壳的岩浆供应量显著下降，扩张速率已经降低到了超慢速的范畴，在这种扩张速率下，沿着洋脊很形成了裂隙和断层，海水通过这些断层和裂隙进入到地幔顶部，使其蛇纹石化，并可能随着断层的演化而被提升到海底。 通过面波层析成像我们给出了一个3D横波速度模型，残留洋脊之下的岩石圈比同年龄正常的海洋岩石圈要厚约15公里，这是因为扩张后强烈的岩浆作用使得剩余地幔经历了高度的熔体分异，重力数据的反演也证实了这一区域的岩石圈是熔融提取后的低密度橄榄岩所构成。 此外，我们的模型在吕宋岛下方南海俯冲板片中存在一个低速缺口， 其位置与残留洋脊俯冲位置一致。 该观察结果表明，沿MOR的南海俯冲板存在着被撕裂的缺口。.此外，本项目还在被动源OBS数据处理方面，如时差校正和地震计倾斜校正等有着重要进展和成果。