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.     

应用接收函数方法研究海南及其邻区地幔转换带结构

利用海南、广东及广西区域台网和国家台网共88个宽频带地震台站记录的2007年8月至2010年3月75个远震事件波形资料,采用接收函数共面元叠加的方法,得到了海南及其邻区上地幔410 km和660 km间断面结构和转换带厚度.结果表明,研究区410 km间断面形态较复杂,局部下沉到447 km,而660 km间断面相对简单,其深度分布在670 km左右.海南岛东北部存在一个直径约200 km的转换带异常薄的区域,其厚度较全球平均值薄25±5 km,相当于转换带中存在约180℃的高温异常,转换带厚度局部偏薄暗示海南地幔柱可能起源于下地幔.     

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.     

华北克拉通东部滞留板块下方低速异常的地震三重震相探测

本文基于中国数字地震台网记录的中国东北与俄罗斯交界地区发生于2011年5月10日的一个深源地震的P波宽频带波形资料,研究了华北克拉通东部660km间断面附近的P波速度结构.通过一维射线追踪拟合P波三重震相的相对到时,并进行观测波形与理论地震图的对比,发现华北克拉通东部660km间断面下沉约15~20km,其上方存在厚度约115~120km的高速异常,P波速度升高1.5%~2.0%,应为滞留的太平洋俯冲板块;660km间断面下方存在局部的低速异常,P波速度降低0.6%~0.9%,该异常可能与滞留板块从其底部向下地幔顶部脱水或坍塌进入下地幔深处滞留体的脱水有关,也可能与板块深俯冲及板块碎片崩塌所引起的地幔热物质上涌有关.     

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.     

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.     

华北东部复杂的660km相变界面

利用华北固定台网的宽频带地震远震记录波形资料,提取P波接收函数,通过偏移成像和共转换点叠加,得到华北地区东部地幔过渡带深度及厚度的图像.研究结果显示,地幔过渡带上界面(410km间断面)深度起伏变化不大;在华北地区东部,存在较厚的地幔过渡带,地幔过渡带下界面(660km间断面)在660km深度附近出现两个不同的界面.造成地幔过渡带增厚并出现两个深度不同的界面的原因可能是存在橄榄岩以外的地幔物质相变,该物质相变拥有与橄榄岩向钙钛矿转变不同的克拉伯龙斜率,太平洋俯冲板块的低温造成两种不同的相变界面发生不同程度的改变.双重660km间断面的范围存在向北西方向延伸的趋势并且向南至少延伸到30°N.本文的结果可为古西太平洋板块向华北俯冲前缘位置的研究提供约束.     

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.     

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.     

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.     

Receiver functions in northeast China - implications for slab penetration into the lower mantle in northwest Pacific subduction zone

Seismic studies of the subducting lithosphere and the upper mantle discontinuities in the northwest Pacific subduction zone beneath Japan and northeast China have suggested contrary subduction scenarios. There was little consensus on the issue whether the subducting slab penetrates the upper mantle discontinuities into the lower mantle or it is deflected atop of the 660-km discontinuity over several hundred kilometers. We calculate receiver functions from a recent seismic broadband station network located in northeast China and find topographic variations of the upper mantle discontinuities. A deeper-than-normal 660-km discontinuity is observed over an area of 400 km and it coincides with the stagnant slab imaged by seismic tomography. The 660-km discontinuity is locally depressed by more than 35 km and the transition zone is thickened by more than 20 km in the east of the region where it encounters the slab. These observations provide evidence of the slab accumulating in the mantle transition zone and locally penetrating into the lower mantle.     

The crust and upper mantle structure beneath southeastern China

We analyzed teleseismic waveforms recorded by 44 stations in the Fujian and Taiwan provinces of China and obtained 5344 high quality receiver functions. The crustal thickness (H) and average crustal V_P/V_S ratio (k) beneath every station were estimated using the H–k stacking method. Crustal thicknesses near the Fujian Province range from 28.3 to 32.8 km with an average of 31.1 km, and the corresponding V_P/V_S ratios vary from 1.70 to 1.84 with a mean of 1.76. From inland to offshore of the Fujian Province, the crustal thicknesses decrease and Poisson's ratios increase. These may indicate decreasing SiO₂ and increasing calc-alkaline contents in the crust. The discontinuity structures such as the Moho, subducting slab, the 410- and 660-km discontinuities (hereafter we call them the 410 and the 660) are also studied using common converted point (CCP) stacking of receiver functions. Along two NW–SE lines of central and northern Taiwan, the CCP stacking results show a western dipping structure at depths above 50 km, suggesting that the Philippine Sea plate is probably subducting beneath the Eurasian continent plate near the central and northern Taiwan. The CCP stacking results show sharp and flat 410- and 660-km discontinuities, and the transition zone thickness (TZT) is the same as that of ambient mantle beneath Fujian and Taiwan Strait, but thickens in the east of Taiwan. These results suggest that (1) the subducting Eurasian continent plate is confined to the depths above 410 km beneath Fujian and Taiwan Strait; and (2) the South China Sea slab may reach the transition zone beneath the east of Taiwan.     

Crust and upper mantle structures beneath Northeast China from receiver function studies

P-wave and S-wave receiver function analyses have been performed along a profile consisted of 27 broadband seismic stations to image the crustal and upper mantle discontinuities across Northeast China. The results show that the average Moho depth varies from about 37 km beneath the Daxing’anling orogenic belt in the west to about 33 km beneath the Songliao Basin, and to about 35 km beneath the Changbai mountain region in the east. Our results reveal that the Moho is generally flat beneath the Daxing’anling region and a remarkable Moho offset (about 4 km) exists beneath the basin-mountain boundary, the Daxing’anling-Taihang Gravity Line. Beneath the Tanlu faults zone, which seperates the Songliao Basin and Changbai region, the Moho is uplift and the crustal thickness changes rapidly. We interpret this feature as that the Tanlu faults might deeply penetrate into the upper mantle, and facilitate the mantle upwelling along the faults during the Cenozoic era. The average depth of the lithosphere-asthenosphere boundary (LAB) is ~80 km along the profile which is thinner than an average thickness of a continental lithosphere. The LAB shows an arc-like shape in the basin, with the shallowest part approximately beneath the center of the basin. The uplift LAB beneath the basin might be related to the extensive lithospheric stretching in the Mesozoic. In the mantle transition zone, a structurally complicated 660 km discontinuity with a maximum 35 km depression beneath the Changbai region is observed. The 35 km depression is roughly coincident with the location of the stagnant western pacific slab on top of the 660 km discontinuity revealed by the recent P wave tomography.     

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．      

Mantle discontinuities beneath Izu-Bonin and the implications

The detailed structure of the Earths interior is a major field of geophysics study and the existence and the properties of mantle discontinuities are its important content. Since the lateral heterogeneity was discovered with the seismic tomography method,…