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基于三重震相研究青藏高原和西北太平洋俯冲带上地幔过渡带速度结构

张瑞青  
【摘要】:上地幔过渡带是上、下地幔物质交换的一个重要场所。上地幔过渡带属性为推测地幔温度,其化学组分以及地幔对流等相关动力学研究提供了一个很重要的途径。本文回顾了对上地幔间断面的认识过程,简要介绍了近年来随着高温高压实验技术提高,地震学研究对上地幔过渡带所取得的最新进展。 在三重震相剖面研究中,本文首次提出了震源深度校正波形叠加的方法。该方法验证了数据的一致性,提高了三重震相识别的可靠性,为今后从大量的观测数据中提取三重震相提供了一种途径。其次,通过该方法,可直接比较三重震相异常差异特征,这为探测过渡带结构的横向变化特征提供了一种有效手段。该方法原理虽简单,但实用性强。 通过深地震事件的三重震相波形特征模拟,本文分别获得了藏西北和西北太平洋俯冲带下方过渡带的速度结构。本文研究表明: 1)利用Namche Barwa Tibet和2003 MIT-China两个台阵记录到的兴都-库什的深地震观测资料,分别获得了藏西北过渡带近东西向剖面的P波和SH波速度模型。结果显示,这两个模型之间并不强线性相关。藏西北下方过渡带内SH波速度梯度小,660-km间断面波速度跳跃大;而P波速度模型则显示,过渡带速度梯度大,660-km间断面速度跳跃明显要小。但两个模型均显示660-km间断面无明显下沉。 2)与周边印度北部地盾下方结构为参考,藏西北过渡带底部的SH波无异常,而P波略显高速,因而Vp/Vs值稍变大。上述地震波速度异常特征可能主要是由过渡带内化学成分横向不均匀性,例如铝含量增多,引起的,而非拆沉/俯冲的大陆岩石圈板片残余。考虑青藏高原的构造演化,藏西北过渡带内铝含量的增多可能与高原形成过程中特堤斯洋板片的俯冲-拆沉有关。 3)利用中国地震科学数据共享中心提供的省区域地震台网、中国地震局地球物理研究所布设的华北流动台阵,以及部分台湾地震台网的观测资料,得到了西北太平洋俯冲带过渡带的SH波速度模型。千岛群岛西部上地幔430-560km深度范围内观测到明显的SH波高速异常,异常值约2%左右,高速异常体顶界面埋深不深于490 km。华北克拉通北部和千岛群岛下方过渡带底部速度结构基本相同。与之比较,朝鲜半岛下方过渡带底部580-660km的深度范围内存在明显的SH波高速异常(~2%),660-km间断面速度跳跃要小(~6.8%),且间断面明显加深,幅度约15-20km左右。中国东北过渡底部速度结构介于华北克拉通北部和朝鲜半岛之间。SH波高速异常的地方,其660-km间断面表现为明显下沉,这种地震波和间断面异常特征之间的关系符合岩石学相变理论中的低温异常的影响。 4)千岛群岛至中国东北,以及中朝克拉通北部及东部朝鲜半岛下方过渡带横向变化特征很好的解释了以往三重震相研究中结果的不一致性。这种横向变化特征与西北太平洋板片俯冲形态有关。本文推测西北太平洋板片横穿过千岛群岛锡霍特山脉下方过渡带中部,前缘部分可能刚抵达我国东北过渡带的底部。而在朝鲜半岛下方,太平洋板片已俯冲到过渡带底部,俯冲板片的堆积/停滞造成了间断面的明显加深。华北克拉通北部和朝鲜半岛过渡带速度结构的差异,暗示西北太平洋板片还没有俯冲到整个中朝克拉通北部地区。 5)与其它一些地震学手段观测到的上述研究区大面积的受西北太平洋板片俯冲的结果相比,本文所观测到过渡带内速度和660-km间断面深度异常的区域范围要小的多。本文推测俯冲的西北太平洋板片一小部分停留在660-km间断面附近,在局部地区俯冲板片则冲破660-km间断面的阻力进入下地幔。


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