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.     

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...     

利用接收函数散射核方法探测中国东北地区地幔转换带界面三维形态

地幔转换带是上下地幔物质运移和能量交换的必经通道,其速度结构和上下界面的起伏能够为认识地幔内部的温度和物质变化、地幔对流模式等地球演化相关的科学问题提供关键约束.本文利用布设在中国东北地区的高密度固定台网和流动台阵所记录的远震体波接收函数,采用Ps散射核叠前深度偏移成像方法,获得了台站下方地幔转换带界面及其内部速度间断面的三维精细图像.研究结果表明:西北太平洋俯冲板片上下界面在地幔转换带内清晰可见,在高纬度(44°N)区域存在约 30°的倾角;660-km间断面的深度起伏具有明显的分区性,在与俯冲板片相交处以西 200～300 km,界面出现约 20～40 km的下沉,而长白山和龙岗火山的西北区域存在约 5～15 km的抬升,分别与板片滞留引起的低温异常和局部热物质上涌相对应;410-km间断面的起伏形态较复杂,在大部分区域观测到大于 10 km的下沉,且表现出明显的区域性横向变化,与深俯冲动力学背景下冷的温度异常造成的影响不一致.我们认为板片俯冲、停滞和海沟后撤过程中引起的地幔转换带物质异常、含水状态及分布的变化是显著改变410-km间断面形态的主要原因.本文获得的高精度地幔转换带界面三维形态为更好地认识东北亚地区俯冲板片在地幔物质分布和能量交换中的作用提供了重要参考.     

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.     

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.     

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.     

中天山和塔里木盆地下方地幔转换带顶部P波速度结构探测

本文基于中国数字地震台网记录到的2016年1月12日发生于兴都库什—帕米尔地区的中源地震P波宽频带波形资料,利用P波三重震相方法研究了中天山和塔里木盆地北部410 km间断面起伏形态及间断面附近P波速度结构.通过波形拟合,我们发现中天山和塔里木盆地北部410 km间断面下沉约10 km;410 km间断面上方存在由塔里木盆地向中天山P波速度异常逐渐减小的约70 km厚的低速层(-3%~-1%).该低速层可能是地幔转换区物质上涌并部分脱水熔融及热效应共同作用的结果.另外我们发现中天山东北部约10~100 km深度范围内存在局部低速异常(约-6%),其很可能是上涌的软流圈物质.     

基于P波三重震相的华南地区上地幔速度结构研究

华南块体是研究太平洋板块俯冲和岩石圈减薄机制等问题的最佳场所之一.本文基于中国地震观测台网和大型流动台阵记录到的震中距10°~30°之间的两个中深源地震P波记录,利用三重震相波形拟合技术,获得了中扬子克拉通和华夏地块上地幔高精度P波速度结构.研究结果表明:(1)中扬子克拉通过渡带底部存在高速异常,系太平洋俯冲板块的滞留体.俯冲的板块并没有进入下地幔,660-km间断面下沉约11 km,与后尖晶石相变的克拉伯龙斜率为负有关.而华夏地块过渡带底部并无明显高速异常,接近全球平均模型;(2)整个华南块体,410-km间断面上方普遍存在低速层,主要与上地幔部分熔融有关,与IASP91相比P波速度减小了1.38%~2.29%;(3)在研究区域内,中扬子克拉通和华夏地块都存在岩石圈减薄(80 km),推测可能与太平洋板块俯冲和快速回撤导致的岩石圈拆沉有关.且华夏地块减薄程度较明显,下伏软流圈速度较低,说明其上地幔强度较弱、温度较高.另外,中扬子克拉通过渡带中存在一个较宽的速度梯度带,可能与520-km间断面有关,其具体成因有待进一步研究.     

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.     

基于P波三重震相的下扬子克拉通地幔转换带顶部低速层初探

本文基于中国地震观测台网记录到的震中距为10°~23°之间琉球俯冲区一个中深源地震的P波三重震相信息,研究了下扬子克拉通转换带顶部P波速度结构.通过射线追踪和理论地震图与观测地震波形的对比,发现下扬子克拉通下方的410 km间断面为一厚度20 km的梯度带,其上存在一由西南向东北变厚的低速层,厚度变化40~57 km,P波速度减低2.7%~4.5%.该低速层可以被认为是由于地幔橄榄岩部分熔融引起的.     

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．      

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.     

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.     

东北地区660km间断面附近波速结构研究

我国东北地区位于西北太平洋和达-贝尼奥夫俯冲带前缘,其深部速度结构对理解板块俯冲行为以及地幔物质的交换有重要意义.利用区域三重震相模拟方法,对中国地震观测台网记录到的两个深源地震P波和SH波波形数据,进行了相对到时和波形的拟合,获得了我国东北地区660 km间断面附近波速结构.结果表明,研究区域下方的间断面没有发生明显...     

Array Triplication Data Constraining Seismic Structure and Composition in the Mantle

Seismic data recorded in the upper mantle triplication distance range between 10° and 30° are generated by wave propagation through complex upper mantle structure. They can be used to place constraints on seismic velocity structures in the upper mantle, key seismic features near the major discontinuities, and anisotropic structure varying with depth. In this paper, we review wave propagation of the upper mantle triplicated phases, how different key seismic features can be studied using upper mantle triplicated data, and the importance of those seismic features to the understanding of mantle temperature and composition. We present two examples of using array triplicated phases to constrain upper mantle velocity structures and detailed features of a certain discontinuity, with one for a shallow event and the other for deep events. For the shallow event, we present examples of how the array triplication data can be used to constrain several key properties of the upper mantle: existence of a lithospheric lid, existence of a low velocity zone beneath the lithospheric lid, and P/S velocity ratio as a function of depth. For deep events, we show examples of how array triplication data can be used to constrain the detailed structures of a certain discontinuity: velocity gradients above and below the discontinuity, velocity jumps across the discontinuity and depth extents of different velocity gradients. We discuss challenges of the upper mantle triplication study, its connection to other approaches, and its potential for further studying some other important features of the mantle: the existence of double 660-km discontinuities, existence of low-velocity channels near major discontinuities and anisotropy varying with depth.