汤加-斐济地区300 km间断面的SdP转换波证据

上地幔速度间断面的存在形态及其性质的研究对于理解地球构造运动以及地球内部物质运移过程具有重要意义.针对上地幔中可能存在的300 km速度间断面, 本文收集日本Hi-net地震台网所记录的2004年以来、震源深度在145~219 km之间、且震级为m_b5.0~6.0之间的6个汤加-斐济地区地震的波形资料. 利用4次根倾斜叠加方法对收集到的波形资料进行叠加处理,获得了相应的叠加灰度图, 从中提取的离源下行的SdP次生转换震相, 进而据此确认了汤加-斐济地区下方的300 km深度附近的速度界面.因该界面起伏较小, 更倾向于该界面为辉石的斜方到高压单斜相变面; 同时基于转换震相的强度差异,我们发现该界面速度跃变量要大于410 km间断面, 因而俯冲带的化学分异和脱水过程产生的较轻物质可能在该界面处形成一定的聚集,使得汤加-斐济地区的该界面更容易被观测到.     

西北太平洋俯冲带东北地区壳幔结构研究进展

总结了近年来西北太平洋俯冲前端东北地区地壳的精细结构和上地幔间断面410和660km的研究成果.认为：该区莫霍面深约为30～39km.410km的间断面有30km的深度异常,这种异常是否在过渡带正常或含水相变展布厚度的内,还是于该区俯冲带的后退有关,还需做进一步的研究论证.在中国东北地区,日本海俯冲带向西倾斜,在660km的间断面上近似水平停滞汇集被大多数层析成像、接收函数、波形拟和以及深震研究所认同.然而,俯冲带具体的形式、大小范围,向下渗透到多深以及在局部地区表现的横向不连续性的看法并不一致.由此带来的动力学模式什么力来支撑着停滞的板片,在板片最终下沉到下地幔以前,有多少俯冲的板片能停滞在间断面之上,这些问题都还需要更合理的解释.     

华北地区410km间断面和660km间断面结构——克拉通活化的地幔动力学状态探测

地幔过渡带间断面的形态能够提供地幔动力学状态的重要信息.本文利用密集流动台阵观测获得的地震波形记录,采用高分辨的地壳-上地幔速度结构成像结果作为接收函数共转换点叠加的速度模型,获得了华北克拉通地区地幔过渡带410km间断面和660km间断面深度的空间分布.结果揭示华北克拉通410km间断面和660km间断面结构的空间变化显著,存在多处间断面深度异常.地幔过渡带的结构特征以南北重力梯度带为界分为东西两部分;410km间断面变深（420～430km）的区域主要分布在华北克拉通东部,660km间断面变浅（642～655km）的区域出现在华北克拉通西北部;在华北克拉通东南部,660km间断面显著加深.本文分析认为,停滞在地幔过渡带的太平洋俯冲板块、厚度剧烈变化的克拉通岩石圈以及它们与周围地幔的相互作用,导致华北克拉通下存在活跃的地幔流动体系,造成过渡带间断面形态的高度不均匀.本文推测了两种可能的地幔过程：在克拉通根厚度显著变化的区域发生减压熔融,或者边界驱动的对流引起地幔物质沿着厚的克拉通根向上流动;或者是停滞在地幔过渡带的俯冲板块部分沉入下地幔,同时导致被排出的下地幔物质上升.     

长白山-镜泊湖火山区上地幔间断面接收函数研究

利用布设在长白山地区的19个PASSCAL宽频带流动地震台站近一年的远震记录和布设在镜泊湖火山区14个宽频带轻便数字地震仪三个月的远震记录,共得到高质量的423个接收函数,通过对这些接收函数的共转换点叠加得到研究区的间断面的分布及形态.研究结果表明,研究区存在410、520km和660km间断面.410km和660km间断面较为连续且具有正相关性质,410km间断面在长白山天池火山下局部上隆,660km间断面具有复杂的多界面性质.410km和660km之间的过渡带厚约250km,接近全球平均水平.珲春深震区下660km界面下陷,其上还有多组震相,这些震相在珲春深震区东西两侧不连续,推测西太平洋板块至少已经俯冲到欧亚大陆下的上地幔过渡带中.410km间断面在长白山火山区下局部上隆,660km间断面具有的复杂结构和珲春深源地震的发生均与俯冲板块在过渡带中的活动有关. 俯冲板块在受到660km间断面的强大阻力后,在660km间断面之上变为近水平扩张.推测在欧亚大陆下西太平洋板块的最前端可能已经不是一个完整的整体,或许是由几个有一定联系的板块残片组成.     

东北亚边缘地区地幔过渡带内滞留太平洋板片上界面的三重震相研究

东北亚地区下方地幔过渡带与太平洋俯冲滞留板片的相互作用对于区域深部物质运移和区域构造演化具有重要影响.基于中国国家数字台网记录的发生于鄂霍次克海与千岛群岛地区的两个深源地震的宽频带波形资料,我们发现了与660-km间断面上方一个特殊界面有关的清晰的新P波三重震相波形;通过对观测波形进行波形拟合以及搜索分析,本文获得了东北亚边缘地区下方660-km间断面附近的精细速度结构.结果表明：东北亚边缘下方的660-km间断面之上存在一高速异常层,其具有尖锐的速度异常上界面,深度介于455～510 km之间,P波速度异常达2%～4.5%;与此同时,该地区下方660-km间断面整体速度跃变量较小,且存在0～15 km的下沉;660-km间断面下沉与高速层上界面的形态具有很强的相关性,均表现为西浅东深、南浅北深的特征.结合前人研究结果,我们推测受日本—千岛海沟回撤速率差异的影响,西北太平洋俯冲板片对上地幔底部间断面作用的差异是造成660-km间断面整体形态南北差异的主要原因;而俯冲板片在地幔过渡带内的滞留并向西展平堆积使得板片上界面西侧较东侧更浅;滞留板片上界面的速度异常特征显示,俯冲沉积物可能到达地...     

伊豆-小笠原地区地幔间断面的起伏及其意义

利用美国、德国以及瑞士地震台网(台阵)记录的伊豆-小笠原地区地震的波形资料, 使用N次根倾斜叠加方法提取反射及透射转换震相, 研究了震源下方地幔间断面的分布以及俯冲板块对660和410 km间断面的影响. 研究发现, 该地区在170, 220, 300, 410, 660, 850以及1150 km深度处存在速度间断面; 伊豆-小笠原地区410 km间断面抬升, 660 km间断面下陷, 并存在区域性差异, 但临近的日本海地区410 km间断面未发现变化, 而660 km间断面则在没有俯冲板块明显影响下出现下陷.     

华北克拉通东北部及邻区地壳和地幔转换带厚度研究

本文利用宽频流动台阵记录的远震波形资料和接收函数波动方程叠后偏移方法,获得了华北克拉通东北部边界及其邻近地区的地壳和地幔转换带的间断面结构图像.结果显示研究区域的地壳厚度存在显著的横向变化:以南北重力梯度带为界,西北部的兴蒙造山带地壳较厚(~40 km),东南部的燕山带、松辽盆地和辽东台隆地壳明显较薄(30~35 km).这有可能反映,研究区南北重力梯度带两侧地壳在中-新生代区域构造伸展过程中经历了不同程度的改造和减薄.地幔转换带成像结果显示,研究区410 km和660 km间断面结构存在横向差异.经度121°E-122°E之间,上地幔底部出现双重间断面,深度分别为660 km和690 km.经度122.5°E以东(北黄海地区),410 km间断面有5~20 km幅度的下沉,660 km间断面有5~15 km幅度的抬升;该地区地幔转换带厚度相对全球平均偏薄10~20 km,指示着该地区较热的上地幔底部温度环境.我们认为太平洋俯冲板块可能停滞在研究区119°E-122°E经度范围的地幔转换带中,但未延伸至118°E以西;而俯冲板块在124°E以东可能局部穿透了上地幔底部而进入下地幔,同时引起小尺度的地幔对流,导致北黄海地区下地幔物质的上涌.     

基于波形拟合的中国东海地区410 km间断面附近速度结构研究

410 km间断面是地幔转换带的顶界面,对其速度结构和起伏形态开展地震学探测有助于认识地球内部物质组成和相关的地球动力学过程.本文选取了由中国数字地震台网记录到的位于琉球俯冲区的一个中源地震P波宽频带波形资料,利用三重震相波形拟合研究了中国东海地区410 km间断面附近的精细速度结构.结果表明：中国东海地区下方410 km间断面整体表现为一尖锐的速度界面且有8~15 km的小幅抬升;该间断面之上存在52~62 km厚的低速层,其P波速度降低0.5%~1.6%;440 km深度以下存在1.0%~3.0%的P波高速异常.结合前人在该地区的层析成像结果,我们推测该高速异常体与西太平洋俯冲板片在中国东海地区地幔转换带内的滞留有关;板片内水相E分解使得转换带内水含量增加,这引发了410 km间断面的抬升;410 km间断面之上的低速层应与含水矿物脱水导致的地幔橄榄岩部分熔融有关.     

利用甘肃地震台网记录的sP前驱波研究 汤加—斐济俯冲带“410”间断面深度

本文首先利用甘肃数字测震台网和甘东南野外观测流动台阵记录的汤加—斐济俯冲带深震震相sP, 使用倾斜叠加方法有效提取sP在近源区“410”速度间断面底界面反射的弱前驱波s₄₁₀P; 其次基于CRUST1.0修正的IASP91模型, 通过震相sP与其前驱波s₄₁₀P的到时差对比, 给出了汤加—斐济俯冲带“410”速度间断面底部反射点的深度约为398.5 km, 抬升约11.5 km, 这与俯冲带与近源区“410”间断面的相互作用有关; 最后得到了该区域新的地震波速度模型IASP91_Tonga. 本文结果将对更好地认识该俯冲带的复杂结构、 正确理解地球深部的动力学过程具有重要的参考价值.      

青藏高原东缘和东南缘上地幔间断面结构:腾冲板内火山起源和扬子克拉通西部岩石层拆沉约束

利用两个密集流动宽频带地震台阵观测资料,采用P波接收函数方法,获得了青藏高原东缘和东南缘的上地幔过渡带结构。结果显示,与红河断裂东侧地区相比,断裂以西地区,410-km和660-km间断面埋深均下沉。两个间断面的同时下沉可用过渡带上方的上地幔温度的横向变化来解释,推测红河断裂可能深至上地幔顶部,将印支和华南板块分开。红河断裂以西腾冲火山地区下方,其过渡带厚度接近于全球平均值,暗示该板内火山不是源于过渡带内停滞板片的脱水作用,而是与东向俯冲的印度板块在上地幔较浅深度发生的板内撕裂有关。在扬子克拉通西部地区,660-km间断面明显下沉,导致过渡带增厚达20km。这种增厚可能反映过渡带内存在岩石层拆沉残留,因而温度要低,而岩石层拆沉可能与上覆软流圈地幔的侧向流有关。此外,我们还发现四川盆地大部分地区下方过渡带厚度基本接近于全球平均值。     

阿留申—阿拉斯加俯冲带及周边地区地幔过渡带结构研究

利用国家测震台网固定台站和“中国地震科学台阵探测”项目在南北地震带北段布设的宽频带流动台阵记录到的极远震事件,通过SS前驱波震相研究,获得了阿留申—阿拉斯加俯冲带东段及邻区下方410 km和660 km间断面的埋深和起伏形态特征.为增强对SS前驱波震相的识别,我们采用了时差校正和共反射点叠加分析.叠加结果显示,毗邻阿留申俯冲带的白令海、阿拉斯加半岛、以及阿拉斯加中南部和东部地区下方,410 km和660 km间断面的埋深基本呈正相关关系,因而具有正常的过渡带厚度.这表明在阿留申—阿拉斯加俯冲带东段,北太平洋板块还没有俯冲到地幔过渡带深度范围内.其次,在阿拉斯加西部地区下方,660 km间断面出现明显下沉,而上覆的410 km间断面埋深接近于全球平均值,从而导致过渡带明显加厚.据此,我们推测在阿拉斯加西部地区下方地幔过渡带底部可能存在库拉残留板块.     

基于三重震相方法探测日本海俯冲区地幔转换带的速度结构

本文基于中国数字地震台网记录的发生于日本北海道地区的一次中源地震的三重震相资料研究了日本海俯冲区地幔转换带的速度结构．结果表明,该区域P波速度结构与S波速度结构的一致性整体上较强．冷的西太平洋俯冲板块导致410 km间断面出现了10 km的抬升,660 km间断面出现了25 km的下沉;410 km和660 km间断面之上均存在与俯冲板块相关的高速层;660 km间断面下方存在厚度为65 km的低速异常．纵横波波速比vP/vS值在210—400 km深度范围内偏低,约为1.827,体现出海洋板块低泊松比的特征;在560—685 km深度范围内,该值偏高,约为1.831,可能预示地幔转换带底部含有一定量的水．      

帕米尔—兴都库什深俯冲残留体对410km间断面起伏形态的影响

受俯冲残留体影响的410km间断面起伏形态的研究对于确定地球内部物质构成及地球动力学过程具有重要作用.帕米尔—兴都库什俯冲区域拥有全球少有的中、深源地震,为研究410km间断面起伏提供了良好的资源.利用日本Hi-net地震台网和美国TA台阵记录的帕米尔—兴都库什俯冲区域的6个震源深度为154.0~220.9km、震级为Mb5.6~6.4的中、深源地震的短周期/宽频带波形资料,经过4次根倾斜叠加处理,获得了36组Hi-net子台网和TA记录资料的倾斜叠加灰度图,从中提取了与410km间断面相关的次生转换震相SdP,发现受俯冲残留体影响下的410km间断面的深度位于372~398km.较之持续俯冲的西太平洋地区海洋岩石圈,研究区域俯冲滞留体对于410km间断面的相变线的影响要小得多.     

上海及其邻近地区上地幔间断面接收函数的研究

利用上海及其邻近地区地震台网两个剖面上自2002年以来256个远震记录,提取得到高质量的接收函数,通过对这些接收函数的共转换点叠加得到研究区的间断面的分布及形态.研究结果表明,剖面上的上地幔间断面410 km,660 km间断面没有明显的起伏变化,从而证实了西太平洋俯冲带对中国东部的影响在东北、华北和华东有显著差别.     

利用密集宽频带台阵资料研究青藏高原东北缘上地幔间断面性质

基于青藏高原东北缘甘东南地区宽频带密集流动台阵资料,采用接收函数格点叠加方法提取上地幔间断面P-S转换波到时,参考IASP91和区域三维速度模型,通过射线追踪方法估算了该区域410km和660km(‘410’和‘660’)上地幔间断面深度,并对其分布性质进行了探讨.结果表明:(1)间断面产生的P410s和P660s转换波到时较全球模型预测的值都滞后, P410s和P660s到时差比全球模型计算结果约有1s的延迟,地幔转换带(MTZ)较全球模型加厚;(2)研究结果中P410s和P660s到时的同步滞后和该区域三维速度层析结果中发现的由青藏高原物质东向运移形成的上地幔低速异常一致;(3)结合前人层析成像结果,本研究中‘660’间断面的下降及其导致的MTZ增厚,和层析成像提出的该区域可能存在的大地幔楔模型具有一定程度上的一致性,但是受资料所限,无法对大地幔楔模型的具体形态进行更进一步分析.     

利用前驱波研究地幔间断面的若干进展

地幔速度结构提供了地球内部热和化学状态及其构造演化历史的重要信息。对于地幔间断面的研究可以更清楚地了解地球内部温度分布特征和化学结构,并对确定地幔间断面成因及地幔对流模式等地球动力学问题具有重要的意义。地震学观测显示在410 km、660 km深度普遍存在速度间断面,并且在全球特定区域的上地幔(220 km、300～350 km、520 km、560 km)和下地幔(800～900 km、1 100～1 200 km、1 800 km、2 400 km)也有速度间断面的存在,不同区域地幔间断面的起伏可能受到温度、含水量、矿物相变及俯冲板块的影响。利用前驱波来研究地幔间断面具有独特优势,前驱波相比参考震相较早到达观测台站,从而避免其他震相的干扰,可以更准确地研究较弱的速度间断面。文章收集整理近些年来地震学家利用前驱波研究地幔间断面的成果,包括长周期反射震相SS或PP的前驱波、深震震相sP、pP的前驱波和地球表面反射震相PKPPKP(P′P′)的前驱波等,并对不同前驱波的特点及地幔间断面的相关研究成果进行总结。利用前驱波研究地幔间断面的方法已较为成熟,及时收集总结相关的研究成果对认识地球内...     

基于三重震相拟合的华南地区上地幔P波与S波速度结构

利用中国数字测震台网（CDSN）记录到的台湾地区两个地震事件6°~30°震中距范围的三重震相波形资料,基于观测与理论波形拟合法,获到华南地区上地幔P波和S波的最佳波形拟合速度模型及其V_P/V_S比值.与AK135模型相比,华南地区410 km深度上方存在明显低速层：S波低速区厚度约为70 km,速度降为2%~5%;而P波低速区厚度为70~230 km,速度降为5%~6%.另外,410 km间断面整体表现为一个梯度层,厚度约为10~40 km,V_P跃增量为4.0%~5.4%,而V_S跃增量为2.6%~11.7%.研究区内,低速层的V_P和V_S异常值大小和410 km间断面速度跃变量由北向南逐步减小.结合以往的接收函数和地震层析成像结果,华南地区410 km间断面上方的低速区可能与太平洋俯冲板块脱水有关.     

中国东北地区下方660 km间断面研究

围绕中国东北地区下方俯冲的西太平洋板块是停滞在地幔过渡带内水平向西伸展, 还是穿透660 km间断面直接进入下地幔, 始终是一个具有争议的问题. 本文基于P--SV转换波对速度间断面的敏感性, 利用中国数字地震台网在东北地区布设的136个固定地震台站记录到的远震波形数据, 通过提取台站下方的接收函数并采用共转换点(CCP)叠加技术, 得到了该区域660 km间断面的起伏变化图像. 结果显示, 东北地区下方660 km间断面下沉幅度超过20 km的区域主要集中在44°N以南、 东西跨度约400 km的范围内. 660 km间断面的下沉表明西北太平洋板块俯冲到了中国东北地区下方, 在较小区域范围内观测到的较大深度异常可能暗示着俯冲板片穿透660 km间断面直接进入了下地幔.      

基于Hi-net短周期地震波形资料的汤加地区Lehmann间断面研究

上地幔低速带底部的Lehmann间断面的存在形态及其性质的研究对于认识岩石圈与软流圈的耦合关系以及相关的地球动力学过程具有非常重要的意义.本文收集了自2004年以来汤加地区的深度介于75~150 km,震级介于Mb 5.0~6.0的6个地震的日本Hi-net台网记录的短周期波形资料;根据N次根倾斜叠加方法对波形资料进行叠加处理获得的相对幅度灰度图,提取出离源下行的SdP转换震相,最终获得了近源230 km深度附近的6个转换点;进而据此发现汤加地区下方的Lehmann间断面存在深度及较小的水平变化,这意味着该间断面可能是从位错蠕变的各向异性区向扩散蠕变的各向同性区转换的边界.     

伊豆-小笠原下方660km间断面的区域性差异

利用南、北加州地震台网、华盛顿州西北太平洋地震台网单分量短周期地震仪和德国、瑞士地震台网／台阵的三分量宽频带地震仪记录的1981～2000年伊豆——小笠原地区下方地震的波形资料，使用N次根倾斜叠加方法提取近源一侧来自间断面SdP转换震相，以研究660km间断面区域性差异．研究发现，自35Ｎ 到26Ｎ 的各剖面依次体现了和达 本尼奥夫带（Wadati-Benioff zone）倾角逐渐加大，且地震分布的最大深度也逐步增大，俯冲板块对660km间断面存在的影响也因此产生了差异性:没有俯冲板块影响的情况下，该间断面出现在CM）660km深度处，而受到俯冲板块明显作用的地区，则该间断面普遍出现下陷．转换点分布的一定程度分散性可能是间断面本身复杂结构、震相误判或一维球对称地球模型假定等因素造成的．这一转换点分布的分散性是一个亟需解决的问题．