东北地区上地幔顶部Pn速度结构及地壳横波衰减的成像研究

【摘要】：地震层析成像方法是研究地球内部速度结构非常有效的方法之一。本文首先简要的介绍了地震层析成像的理论。而后对本文的研究区域—中国东北地区的构造结构及近年来该地区的地壳上地幔结构以及西太平洋俯冲带所取得的成果进行简介。并对比上地幔顶部速度层析成像和地壳横波层析成像各种方法的异同,着重对我们所采用的方法进行详细的分析讲解。 东北地区位于中朝板块和西伯利亚板块之间,中、新生代以来,受太平洋板块向西俯冲的影响,中国东北部形成了以扩张为主、局部压张的大地构造格局,形成了一系列北东向、北东东向为主的造山带—盆地构造单元,并伴有强烈的火山作用与地震活动发生。作为全球仅有的两个由大洋板片俯冲造成的大陆深震区之一,东北地区是研究深源地震,用地震学于段探测大陆下方大洋板片俯冲的绝佳场所。本文利用东北地区多年的地震台网观测资料和《中国地震年报》资料,反演东北地区上地幔顶部Pn速度结构及地壳介质品质因Q0空间分布图像,深入了解该地区的深部构造背景,期望能对该地区上地幔顶部速度结构及各向异性的结构、地壳的衰减结构和其成因与属性的研究提供新的依据。 主要研究内容及结论如下： (1)利用376个台站记录的中国地震年报和吉林、辽宁省地震台网观测报告的5768个近震30648条Pn走时资料,采用层析成像方法反演东北地区上地幔顶部Pn速度结构图像。在绝大部分研究区都可达到2°×2°的分辨率。结果表明,东北地区Pn速度平均值为7.9km/s,相对于中国大陆的平均速度总体偏低,Pn波高、低速异常区沿NE-NNE向相间排列,与东北地区结构形态的基本样貌相似。Pn波速度与地壳厚度成正相关变化,与大地热流成反相关变化。整体而言,东北地区的各向异性比较弱,但在局部的高低速异常过渡区,如佳木斯地块、渤海湾、长白山火山附近及大同火山附近,存在较显著的各向异性。佳木斯地块的各向异性快波方向与利用剪切波分裂、接收函数得到的结果一致,与绝对板块运动方向有差别,但与西太平洋板块的俯冲方向一致,这可能与太平洋板块俯冲导致的地幔流动相关。渤海湾地区的快波方向与利用剪切波分裂得到的各向异性快波方向,绝对板块的运动方向都一致。长白山火山及大同火山附近的快波方向环绕周缘的高速体呈旋转状分布。 (2)利用由146个台站记录的中国地震年报和东北地区黑龙江、吉林、辽宁和内蒙古四省地震台网观测报告的6371个近震的46652条横波振幅与周期资料,采用二维层析成像方法反演东北地区地壳介质品质因子Q0空间分布图像。在绝大部分研究区都可达到2°×2°的分辨率。结果表明,东北及周边地区地壳介质品质因子Q0平均值为323,其Q0值分布及其所揭示的衰减变化特征与研究区的地表构造具有明显的相关性,如华北平原、松辽盆地和海拉尔平原等沉积层较厚的区域通常呈现为低Q0值；而燕山、太行、兴蒙褶皱带等沉积层薄或基岩出露的区域则呈现为相对高的Q0值。整个东北地区呈现高低衰减带相间分布。介质品质因子Q0值与沉积层厚度成反相关变化,与大地热流成反相关变化。