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利用接收函数方法研究华北克拉通地壳上地幔结构

武岩  
【摘要】:华北克拉通的“去根”作用是克拉通活化的代表。研究其内部动力学对于了解华北克拉通的“去根”方式有着十分重要的意义。 本文回顾了全球范围内的地幔动力学模式以及前人对于华北克拉通的地质、岩石圈、各向异性以及地幔过渡带等研究结果,以及通过层析成像和各向异性的研究结果所推测出的华北克拉通的动力学模式,介绍了接收函数以及其波形模拟、H-盯的叠加以及CCP叠加方法的基本原理。 本文利用布设在华北克拉通的东部和中部地区以及西部陆块部分地区的200个呈密集面状分布的台站记录的近二三年的远震数据,采用接收函数波形模拟方法获得华北克拉通盆地地区的沉积层结构,根据接收函数的H-K叠加方法以及CCP叠加方法获取华北克拉通的地壳以及上地幔结构,以期通过对华北克拉通各圈层结构的研究,探讨华北克拉通的深部动力学模式。 本文的研究结果表明: 1)华北克拉通内的盆地,渤海湾盆地和大同盆地在结构和形成方式上略有不同:虽同为新生代裂陷盆地,但渤海湾盆地的结构更为复杂,盆地内不同块体的沉降程度不同,块体内沿断层方向东西两侧不对称,东侧的沉积层厚度大于西侧的沉积层厚度,体现了地垒(半地垒)-地堑(半地堑)的构造模式,目且沉积层厚度与老第三系地层的厚度相关。盆地内形成隆起带和坳陷带相间排列的格局。沉积层S波的平均速度与盆地厚度成正对应关系,波速比与盆地厚度成反对应关系。推测与老第三系地层较高的波速和较低的波速比有关。地热分布地区与局部高波速比有很好的对应关系;大同盆地则是以下窝寨和后所两个地区为中心进行沉降,中间厚周边溥,且沉积层较厚地区的波速比也较高,推测为地幔物质上涌地壳扩张形成的盆地。 2)华北地区地壳厚度西厚东薄,泊松比与地壳厚度存在较为复杂的对应关系:中部陆块的泊松比与地壳厚度呈负线性关系,而渤海湾盆地周围的台站则与地壳厚度的关系较为复杂,其受地壳厚度的影响大于中部陆块,即随着地壳厚度的减薄,泊松比快速增加。说明克拉通东部地区的减薄是由拉伸作用造成的,且地幔底部没有地幔高铁镁物质的补充,中部造山带地区地壳减薄过程中存在地幔高铁镁物质的补充,使得其泊松比升高速度小于东部地区,推测重力梯度带区域内地壳快速减溥地区存在部分熔融和上地幔物质上涌。 3)太平洋俯冲板块的停滞板块的边缘可以延伸到重力梯度带附近,且停滞板块对过渡带下界面的影响远远大于对上界面的影响。繁峙附近和研究区域西北侧过渡带厚度较薄,推测分别由向东的地幔上升流和破碎下沉的停滞板块造成的地幔上升流造成的。SEE方向的地幔上升流最终导致了华北克拉通东部陆块的拉伸和大同盆地的扩张。


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