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.     

西太平洋俯冲板块对中国东北构造演化的影响及其动力学意义

中国东北地区在古生代期间以众多微陆块的拼合以及古亚洲洋的闭合为特征,其后又经历了中-新生代太平洋构造域及中生代蒙古—鄂霍茨克构造域的叠加与改造,以致东北地区的构造行迹显得极为复杂,而大兴安岭重力梯级带及其西部地区构造演化是否与西太平洋俯冲有关仍然存在争议.本研究利用分布于中国东北、华北地区以及韩国、日本等部分台网所接收的近震与远震走时数据获得了中国东北地区壳幔精细的三维P波速度结构.成像结果显示,太平洋板块持续西向俯冲,俯冲板片的前缘停滞在大兴安岭—太行山重力梯度带以东区域的地幔转换带之中;长白山火山区上地幔存在着显著的低速异常体,推测西太平洋板块的深俯冲脱水导致了上地幔底部岩石的熔点降低,从而形成了大范围的部分熔融物质上涌.通过分析上地幔的速度结构,我们认为由于太平洋板块的大规模西向深俯冲,在大地幔楔中发生板片脱水、低速热物质上涌等复杂的地球动力学过程;俯冲板片前缘带动上地幔中不均匀分布的地幔流强烈作用于上部的岩石圈,这对东北地区深部壳幔结构乃至大兴安岭重力梯级带的形成、演化有着重要的影响.     

Dynamics of thinning and destruction of the continental cratonic lithosphere: Numerical modeling

Thinning of the cratonic lithosphere is common in nature, but its destruction is not. In either case, the mechanisms for both thinning and destruction are still widely under debate. In this study, we have made a review on the processes and mechanisms of thinning and destruction of cratonic lithosphere according to previous studies of geological/geophysical observations and numerical simulations, with specific application to the North China Craton (NCC). Two main models are suggested for the thinning and destruction of the NCC, both of which are related to subduction of the oceanic lithosphere. One is the “bottom-up” model, in which the deeply subducting slab perturbs and induces upwelling from the hydrous mantle transition zone (MTZ). The upwelling produces mantle convection and erodes the bottom of the overriding lithosphere by the fluid-melt-peridotite reaction. Mineral compositions and rheological properties of the overriding lithospheric mantle are changed, allowing downward dripping of lithospheric components into the asthenosphere. Consequently, lithospheric thinning or even destruction occurs. The other is the “top-down” model, characterized by the flat subduction of oceanic slab beneath the overriding cratonic lithosphere. Dehydration reactions from the subducting slab would significantly hydrate the lithospheric mantle and decrease its rheological strength. Then the subduction angle may be changed from shallow to steep, inducing lateral upwelling of the asthenosphere. This upwelling would heat and weaken the overriding lithospheric mantle, which led to the weakened lithospheric mantle dripping into the asthenosphere. These two models have some similarities, in that both take the subducting oceanic slab and relevant fluid migration as the major driving mechanism for thinning or destruction of the overriding cratonic lithosphere. The key difference between the two models is the effective depth of the subducting oceanic slab. One is stagnation and flattening in the MTZ, whereas the other is flat subduction at the bottom of the cratonic lithosphere. In the NCC, the eastern lithosphere was likely affected by subduction of the Izanagi slab during the Mesozoic, which would have perturbed the asthenosphere and the MTZ, and induced fluid migration beneath the NCC lithosphere. The upwelling fluid may largely have controlled the reworking of the NCC lithosphere. In order to discuss and analyze these two models further, it is crucial to understand the role of fluids in the subduction zone and the MTZ. Here, we systematically discuss phase transformations of hydrous minerals and the transport processes of water in the subduction system. Furthermore, we analyze possible modes of fluid activity and the problems to explore the applied feasibility of each model. In order to achieve a comprehensive understanding of the mechanisms for thinning and destruction of cratonic lithosphere, we also consider four additional possible dynamic models: extension-induced lithospheric thinning, compression-induced lithospheric thickening and delamination, large-scale mantle convection and thermal erosion, and mantle plume erosion. Compared to the subduction-related models presented here, these four models are primarily controlled by the relatively simple and single process and mechanism (extension, compression, convection, and mantle plume, respectively), which could be the secondary driving mechanisms for the thinning and destruction of lithosphere.     

华北克拉通东北部的远震S波走时层析成像研究

华北克拉通是近年来我国地学界研究的热点之一.本文利用布设在华北东北部地区的华北地震科学台阵所记录的远震波形资料,用波形互相关方法拾取了9105条S波走时残差数据,进而用体波走时层析成像方法反演获得了研究区从地表至600 km深度的S波速度结构.所获得的S波层析成像结果表明,华北克拉通中部块体的山西断陷带低速异常一直从地面延伸至上地幔约300 km深处,推测该低速异常体可能与中、新生代的大同火山群的形成与活动有关.研究发现华北东部存在一高速异常体由东部渤中凹陷的地壳一直向西延伸至太行山山前断裂下方地幔转换带410 km附近,推测该高速异常体可能为太平洋板片向西俯冲在华北克拉通东部块体下方地幔过渡带内的滞留.研究结果显示华北克拉通东部的华北盆地表现为高低速相间分布,表明该地区下方的岩石圈发生了破坏,而位于华北克拉通北缘的燕山造山带显示为高速异常,表明燕山造山带下方的岩石圈没有明显的破坏迹象.     

The big mantle wedge and decratonic gold deposits

The Circum-Pacific subduction zone is a famous gold metallogenic domain in the world, with two important gold metallogenic provinces, the North China Craton and Nevada, which are related to the destruction of the North China Craton and the Wyoming Craton, respectively. Their ore-forming fluids were possibly derived from the stagnant slab in the mantle transition zone. The oceanic lithospheric mantle usually contains serpentine layers up to thousands of meters thick. During plate subduction, serpentine is dehydrated at depths of 200 km and transformed into high-pressure hydrous minerals, known as Phases A to E, which carries water to the depth of 300 km. The overlying big mantle wedge is hydrated during the breakdown of these hydrous facies in the mantle transition zone. The dehydration of the subducted slab in the big mantle wedge releases sulfur-rich fluid, which extracts gold and other chalcophile elements in the surrounding rocks, forming gold-rich fluid. Because the cratonic geotherm is lower than the water-saturated solidus line of lherzolite, the fluid cannot trigger partial melting. Instead, it induces metasomatism and forms pargasite and other water-bearing minerals when it migrates upward to depths of less than 100 km in the cratonic lithospheric mantle, resulting in a water-and gold-rich weak layer. During the destruction of craton, the weak layer is destabilized, releasing gold-bearing fluids that accelerate the destruction. The ore-forming fluids migrate along the shallow weak zone and are accumulated at shallow depths, and subsequently escape along deep faults during major tectonic events, leading to explosive gold mineralization. The ore-forming fluids are rich in ferrous iron, which releases hydrogen at low pressure through iron hydrolysis. Therefore, decratonic gold deposits are often reduced deposits.     

山东地区地壳P波三维速度结构及其与地震活动的关系

利用山东及周边区域地震台网1975—2014年1月期间记录到的1369个地震的13781个P波到时数据对山东地区地壳结构进行了层析成像研究.结果表明,山东地区地壳速度结构存在明显的不均匀性.沂沭断裂带介质速度结构复杂,呈现明显的分段特征,两侧块体速度存在差异,具有块体边界的构造特征.鲁西断块20km以下深度处存在大规模的低速异常区,这与该地区始新世发生的大规模滑脱拆离构造有关,可能产生于太平洋板块的西向俯冲导致地幔热物质沿沂沭断裂带向上并向西涌动.历史大震及ML4.0以上中强震大部分为走滑型地震,主要发生于高低速异常过渡带且有深大断裂穿过的地区.震群主要发生于低速体上部或周边,且震源深度优势分布在中上地壳,这与地下介质富含流体并导致应力集中有关.     

中国东部及其邻区上地幔顶部Pn波速度结构及各向异性

中国东部地处欧亚板块东南部,紧邻西太平洋板块俯冲带,有着复杂的地质构造和深部结构,是国内外学者研究的重点区域.本文采用Pn波层析成像方法反演得到了中国东部及其邻区上地幔顶部Pn波速度结构及各向异性.研究中应用的Pn到时数据主要来自多种地震观测报告,并特别补充了东北流动台阵、华北流动台阵以及区域地震台网记录的地震事件,拾取了大量高精度的Pn到时数据,最终挑选出2049个台站记录的24072次地震的240814条Pn波到时数据.结果显示,中国东部地区上地幔顶部平均速度为8.06 km·s^-1,速度变化范围为7.81~8.32 km·s^-1.东北地区东部表现为显著的低速异常,华北克拉通中、东部Pn呈现低速,而西部地区则表现为高速异常,华南地块主体表现为高速.反演结果还揭示江汉盆地、下辽河盆地、二连盆地及海拉尔盆地都显示出高速,而四川盆地和松辽盆地内部则呈现出不均匀的结构特征.四川盆地的高速异常显示出明显的分块现象,这可能是该盆地在沉积前具有不同的基底物质;松辽盆地的北部呈现为高速,而南部却表现为低速异常,这一特征与松辽盆地南、北部分别为高、低热流相对应,暗示盆地南部的岩石圈已经历了改造.研究进一步揭示Pn波低速区和高、低速过渡带的各向异性也较为强烈,而大部分强震都发生在这些区域之上的地壳内,说明这些部位容易发生变形而应力集中或产生应力差.     

华北克拉通热结构差异性特征及其意义

华北克拉通破坏存在空间上的差异性,至今其内在的动力学机制仍存在较大的争议,这种差异性在岩石圈热结构上必然有所表现.广义上岩石圈热结构包括热流结构、温度场结构和热岩石圈厚度,是揭示岩石圈演化及其内在动力学过程的重要基础.基于二维地震剖面和大地热流数据,建立二维稳态热传导有限元模型,对华北克拉通东部岩石圈热结构进行模拟计算并与西部进行对比分析,在此基础上对比热岩石圈与地震岩石圈厚度差异的变化.结果显示,华北克拉通东、西部岩石圈热结构有着较为明显的差异,地幔热流值波动范围分别在24~44/20.5~24.5mW·m~(-2),壳幔比1.61~0.70/1.84~1.51,以1300℃等温线计算得到的热岩石圈厚度变化范围在75~139km/128~162km.华北克拉通东部相对西部有着较高的深部地幔热流值和较小的地震/热岩石圈厚度差异,这可能意味着东部软流圈地幔有效黏度相比西部低,估算差异可达2~3个数量级.     

前郭MS5.8和松原MS5.7地震震源区地壳速度结构与孕震环境

为了解2013年11月23日吉林前郭M_S5.8和2018年5月28日吉林松原M_S5.7地震震源区的地壳速度结构及其孕震环境,本研究收集了东北地区CEA固定台站、NECESSArray流动台站和五大连池WAVESArrary流动台站的连续波形数据,使用背景噪声成像方法,获得了前郭地震和松原地震震源区地壳S波速度结构.结果显示,这两个地震主要发生在相对高波速异常区,而震源区下方存在明显低波速异常,且该低速层呈北北东走向,并有向北延展的趋势.结果表明,震源区相对高波速异常区易于积累能量孕育地震,而震源区下方的低波速异常可能代表了流体作用.这种流体作用会降低断层面有效正应力从而触发地震.这种流体作用可能和太平洋板块深俯冲至我国东北地区（包括前郭地震和松原地震震源区）下方的地幔转换内形成"大地幔楔"结构与动力学密切相关.在"大地幔楔"结构中,由于地幔转换带中滞留板块脱水作用和地幔角流作用,容易形成热湿物质上涌,进而导致松辽盆地中北部岩石圈物质拆沉、地幔流体入侵至中下地壳、然后作用于断裂带,从而导致了两个震源区中强度地震的发生.     

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...     

利用双差层析成像方法反演阿拉斯加地区岩石圈速度结构

阿拉斯加地区由不同地质时期的地体向北增生而成,经历了漫长的构造演化,地质构造复杂。ANF （Array Network Facility）网站新近提供的来自USArray地震台网记录的地震台站观测数据填补了阿拉斯加地区西部和北部的观测空白,本文选取该区域中345个台站记录的5 638个地震事件的P波、S波到时数据,采用区域双差地震层析成像方法反演得到了该地区的岩石圈三维P波速度模型和地震重定位结果。研究结果显示:阿拉斯加西部太平洋板块的俯冲倾角较大,深部地幔楔表现为P波低速异常,推测由俯冲板块顶部脱水产生的流体释放到地幔楔并触发部分熔融所致,这些熔融物质上升到达地表形成阿留申火山岛链;中部亚库塔特（Yakutat）地体与太平洋板块发生耦合,俯冲倾角减小,一方面使地壳压应力增加,引起地壳增厚和楚加奇（Chugach）山脉隆升,另一方面导致该处地幔楔降温从而使产生的熔体减少,并随着地壳压应力的增加部分地壳裂隙闭合,阻断了熔体上升至地表,从而形成迪那利（Denali）火山空区;亚库塔特地体与东部兰格尔（Wrangell）火山区之间存在较明显的分界,兰格尔火山区下方的低速区（与岩浆活动对应）集中于西北侧,火山区的岩浆来源可能与环形地幔流沿太平洋—亚库塔特板块边缘的上升流相关。这些结果表明,阿拉斯加地区深部复杂的地球动力学过程导致了其地表复杂的地质构造。      

中国东北地区远震S波走时层析成像研究

利用中国东北流动和固定台网的234个宽频带地震仪在2009年6月-2011年5月所记录的远震波形数据,采用波形相关方法拾取了10301个有效的S震相相对走时残差数据,进一步采用两种射线走时层析成像的方法,反演获取了研究区下方深达800 km的S波速度结构,不同射线走时层析成像方法的结果对本区的S波速度异常结构起到一定的约束作用.S波成像结果与我们先前开展的P波成像研究结果整体相似：在长白山下方发现有一个高速异常结构,这可能就是俯冲到欧亚大陆板块下方的太平洋板块,由于板块的部分下沉,使得板块的形状并没有呈现出明显的板片状.长白山、阿尔山、五大连池火山下方都有低速异常体,长白山和阿尔山下的低速异常向下延伸至地幔转换带附近,可能与其上部的火山形成有关.五大连池火山下方的低速异常向下延伸至200 km左右,不同埋深的低速异常结构可能意味着五大连池与长白山和阿尔山有着不同的成因.松辽盆地呈现以高速异常为主导、高低速异常混合分布的特性,暗示松辽盆地岩石圈地幔可能遭受了改造与破坏,可能有岩石圈拆沉的过程,盆地南部下方的低速异常与长白山和阿尔山下的低速异常有连通性,可能是下地幔热物质上涌的一个通道.S波和P波相似的成像结果从另一个角度展示了中国东北地区的上地幔速度异常结构,对我们认识此区的地下结构提供了重要的约束.     

华北克拉通及东邻西太平洋活动大陆边缘地区的P波速度结构：对岩石圈减薄动力学过程的探讨

本文通过地震层析成像研究获得了华北克拉通及其东邻地区（30°N-50°N,95°E -145°E）1°×1°的P波速度扰动图像.结果显示,在西太平洋俯冲带地区,上地幔中西倾的板片状高速异常体与其上方的低速异常区构成俯冲带与上覆地幔楔的典型速度结构式样.俯冲板片高速体在约300~400 km深度范围内被低速物质充填,暗示俯冲板片可能发生了断离.在华北克拉通地区的上地幔中发现三个东倾排列的高速异常带.在此基础上,本文构建了华北克拉通及其东邻西太平洋活动大陆边缘地区的上地幔速度结构模式图,并据此探讨克拉通岩石圈减薄与西太平洋活动大陆边缘的深部动力学联系.本文认为,太平洋板片的俯冲（断离）,触发热地幔物质上涌并在上覆地幔楔中形成对流,使克拉通岩石圈受到改造（底侵与弱化）.随着俯冲板片后撤,地幔楔中的对流场以及对岩石圈改造的影响范围均随之东移,最终导致华北克拉通岩石圈自下而上、从西向东分三个阶段依次拆沉减薄.这一模式能很好地解释现今克拉通岩石圈自西向东呈台阶状减薄的深部现象.     

华南东部地幔过渡带顶部低速层中的熔体含量估算

地幔过渡带顶部低速层的成因及性质研究,对于认识地球内部物质运移及地幔对流过程等具有非常重要的动力学意义.最新的地震学研究显示,华南陆块东部地幔过渡带顶部的低速层存在着明显的区域性差异.一般认为,该低速层的形成与脱水引起的部分熔融有关.本文利用部分熔融体系的平衡几何模型,重点分析了熔体成分、位温、二面角和玄武质含量等因素对熔体含量的影响,并结合该低速层的分布特征,估算出研究区的南北两个子区域地幔过渡顶部熔体含量分别为~1.18vol.%和~2.02vol.%.这一熔体含量的显著差异可能与太平洋板片多期次俯冲作用的叠加有关.     

Subduction and retreating of the western Pacific plate resulted in lithospheric mantle replacement and coupled basin-mountain respond in the North China Craton

The North China Craton (NCC) witnessed Mesozoic vigorous tectono-thermal activities and transition in the nature of deep lithosphere. These processes took place in three periods: (1) Late Paleozoic to Early Jurassic (～170 Ma); (2) Middle Jurassic to Early Cretaceous (160–140 Ma); (3) Early Cretaceous to Cenozoic (140 Ma to present). The last two stages saw the lithospheric mantle replacement and coupled basin-mountain response within the North China Craton due to subduction and retreating of the Paleo-Pacific plate, and is the emphasis in this paper. In the first period, the subduction and closure of the Paleo- Asian Ocean triggered the back-arc extension, syn-collisional compression and then post-collisional extension accompanied by ubiquitous magmatism along the northern margin of the NCC. Similar processes happened in the southern margin of the craton as the subduction of the Paleo-Tethys ocean and collision with the South China Block. These processes had caused the chemical modification and mechanical destruction of the cratonic margins. The margins could serve as conduits for the asthenosphere upwelling and had the priority for magmatism and deformation. The second period saw the closure of the Mongol-Okhotsk ocean and the shear deformation and magmatism induced by the drifting of the Paleo-Pacific slab. The former led to two pulse of N-S trending compression (Episodes A and B of the Yanshan Movement) and thus the pre-existing continental marginal basins were disintegrated into sporadically basin and range province by the Mesozoic magmatic plutons and NE-SW trending faults. With the anticlockwise rotation of the Paleo-Pacific moving direction, the subduction-related magmatism migrated into the inner part of the craton and the Tanlu fault became normal fault from a sinistral one. The NCC thus turned into a back-arc extension setting at the end of this period. In the third period, the refractory subcontinental lithospheric mantle (SCLM) was firstly remarkably eroded and thinned by the subduction-induced asthenospheric upwelling, especially those beneath the weak zones (i.e., cratonic margins and the lithospheric Tanlu fault zone). Then a slightly lithospheric thickening occurred when the upwelled asthenosphere got cool and transformed to be lithospheric mantle accreted (～125 Ma) beneath the thinned SCLM. Besides, the magmatism continuously moved southeastward and the extensional deformations preferentially developed in weak zones, which include the Early Cenozoic normal fault transformed from the Jurassic thrust in the Trans-North Orogenic Belt, the crustal detachment and the subsidence of Bohai basin caused by the continuous normal strike slip of the Tanlu fault, the Cenozoic graben basins originated from the fault depression in the Trans-North Orogenic Belt, the Bohai Basin and the Sulu Orogenic belt. With small block size, inner lithospheric weak zones and the surrounding subductions/collisions, the Mesozoic NCC was characterized by (1) lithospheric thinning and crustal detachment triggered by the subduction-induced asthenospheric upwelling. Local crustal contraction and orogenesis appeared in the Trans-North Orogenic Belt coupled with the crustal detachment; (2) then upwelled asthenosphere got cool to be newly-accreted lithospheric mantle and crustal grabens and basin subsidence happened, as a result of the subduction zone retreating. Therefore, the subduction and retreating of the western Pacific plate is the outside dynamics which resulted in mantle replacement and coupled basin-mountain respond within the North China Craton. We consider that the Mesozoic decratonization of the North China Craton, or the Yanshan Movement, is a comprehensive consequence of complex geological processes proceeding surrounding and within craton, involving both the deep lithospheric mantle and shallow continental crust.     

西北太平洋俯冲地区410-km间断面上覆低速层探测

自20世纪90年代首次探测到410-km间断面上覆低速层以来,全球多个俯冲带和大陆克拉通地区都陆续发现了该低速层结构.对其特性及形成机理的探讨是深部地幔结构、物性和动力学研究的热点问题.本文聚焦于西北太平洋俯冲地区410-km间断面上覆低速层的探测及特性研究上.通过对发生于日本北海道地区两个中等深度地震区域波形资料的分析,利用三重震相波形拟合方法获得了我国东北及日本海西北部下方410-km间断面附近的P波速度结构.速度模型明确显示,410-km间断面上方存在厚~47±14 km,异常值~2%的低速层,横向展布近700 km.结合区域地震层析成像、矿物高温高压物理实验及动力学模拟结果,我们否定了"从下至上"的上涌热物质导致410-km间断面上覆低速层的模型;认为较老且快速俯冲的太平洋板块在地幔过渡带顶部脱水导致硅酸盐矿物的部分熔融,由于熔体密度较大能够稳定存在于410-km间断面之上,从而产生了观测到的横向展布较广的410-km间断面上覆低速层结构.     

南海东北部及其邻近地区的Pn波速度结构与各向异性

利用中国地震台网和ISC台站1980～2004年的地震数据,反演了南海东北部及其邻近地区的Pn波速度结构和各向异性.上地幔顶部的速度变化揭示出区域地质构造的深部特征：华南地区速度较高并且变化平缓,具有构造稳定地区的岩石层地幔特征;华南沿海尤其是滨海断裂带附近出现低速异常,表明该断裂可能穿过壳幔边界深达上地幔顶部.南海北部至台湾海峡较高的速度与华南地区类似,反映出大陆边缘和陆架地区的岩石层地幔性质;西沙海槽附近较高的速度不仅反映了华南大陆向南的延伸,而且与海槽裂谷拉张引起的地幔上拱有关,整个南海北部没有发现大规模地幔热流的活动痕迹.相比之下,南海东部次海盆的上地幔顶部存在明显的低速异常,对应于海底扩张中心的地幔上涌区,表明岩石层地幔强烈减薄甚至缺失;台湾东部－吕宋－菲律宾北部的低速异常与地震、火山活动以及岩浆作用紧密相关,揭示了西太平洋岛弧俯冲带的活动特征;南海东北部的洋－陆边界清晰,南海东部和菲律宾海西部较高的速度代表了海洋岩石层地幔的性质.Pn波各向异性反映出区域性构造应力状态及岩石层地幔的变形痕迹：华南地区的各向异性较小,说明这一构造稳定地区的岩石层地幔变形程度较弱;南海北部的快波方向与地壳浅表层构造的伸展方向一致,主要反映了中、新生代以来的大陆边缘张裂和剪切作用对岩石层地幔结构的影响;琉球－台湾－吕宋岛弧两侧各向异性十分强烈,平行于海沟的快波方向表明菲律宾海板块和欧亚大陆的相互作用导致俯冲板块前缘的岩石层地幔强烈变形;台湾东南海域快波方向的变化可能与欧亚大陆和菲律宾海板块俯冲机制的转换以及岩石层被撕裂有关.     

流变边界层及其对华北克拉通热/地震岩石圈底界差异的意义

二维热传导/对流数值模型显示,纯传导的固体岩石圈与纯对流的流体软流圈之间存在一过渡层,即流变边界层,其间传导与对流共同作用来传递热量.流变边界层厚度主要由软流圈黏性系数（η）控制,而受固体岩石圈厚度及热状态影响很小.随着η从1×10²¹Pa·s降低至1×10¹⁹ Pa·s,流变边界层也随之减薄,流变边界层的厚度与lg（η）成正比. 流变边界层的存在是造成热岩石圈与地震岩石圈厚度差异的重要因素. 全球典型克拉通岩石圈的对比结果表明,地震岩石圈厚度普遍大于热岩石圈厚度,二者的差异多数在70~90 km,很好地验证了流变边界层的存在. 研究发现二者的差异在华北克拉通自西向东逐渐减小：由西部鄂尔多斯的约80 km减少至渤海湾盆地的约20 km. 反映出华北克拉通岩石圈下部流变边界层厚度自西向东减薄,意味着软流圈黏性系数自西向东逐渐降低.这可能与中生代太平洋俯冲脱水形成的低黏大地幔楔有关,从一侧面印证了太平洋俯冲对华北克拉通破坏的影响.     

基于重力数据特征的东北地区深部动力机制解析

中国东北地区处于古亚洲构造域、蒙古—鄂霍茨克构造域和环太平洋构造域叠加作用最为显著的地区,是地学研究的热点区域.为了探析欧亚大陆下西太平洋板片的俯冲形态以及揭示该区域深部地球动力学机制,利用卫星重力数据通过预处理共轭梯度快速密度反演算法获得了包含东北地区、华北部分地区及日本海海域在内的研究区域上地幔三维密度结构,结合天然地震三维层析成像结果共同揭示太平洋板片的俯冲形态和深部动力机制.俯冲的太平洋板片在日本海沟处呈高密度异常,向西横向持续扩张,深度方向上有逐渐增加趋势.不连续的高密度体俯冲至地幔转换带(410～660km)后继续水平西向俯冲,部分滞留板片可能进入下地幔;在大兴安岭断裂带下面转换带中同样发现水平分布的高密度体,推断是大兴安岭断裂带下方地幔岩石圈拆沉的结果,横向不均匀分布的俯冲板片边缘已抵至大兴安岭造山带附近,这对于研究东北地区深部动力学机制具有重要的意义.     

东北日本地震波速度、VP/VS和各向异性结构:对俯冲带水迁移过程的探讨

本文利用区域地震初至波到时数据,通过地震层析成像研究获得了东北日本俯冲带上地幔（深至约150 km）的P波速度（V_P）、S波速度（V_S）、V_P/V_S和P波各向异性结构.结果表明,低速及高V_P/V_S比异常体主要分布在火山下方的下地壳和地幔楔中,其与低频地震的分布吻合,该区域与俯冲板块脱水所释放的流体及其导致的部分熔融密切相关;俯冲的太平洋板块内可能由于脱水脆化导致的双层地震带区域则没有表现出整体的高V_P/V_S值,其可能与俯冲板块内部含水矿物含量有关;俯冲板块内双重地震带区域及上覆地幔楔薄层主要表现为与海沟平行的方位各向异性和正的径向各向异性,其可能是由于含水矿物的脱水使橄榄石晶格结构发生了从A型到B型的变化所引起的.我们研究表明,结合地震波速度和各向异性结构能够加深对俯冲带内水运移过程的认识.