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接收函数方法与华北克拉通北部岩石圈结构的研究

王兴臣  
【摘要】:自从Langston提出接收函数以来,随着地震观测台网越来越密集,利用地震台阵观测研究构造带下方速度结构取得了重要进展,很多学者利用接收函数研究地壳上地幔速度结构。虽然P波接收函数可以获得地壳上地幔结构,但由于莫霍面和壳内间断面多次反射震相的干扰,单纯考虑Ps转换震相难以精确的确定岩石圈边界。 Farra and Vinnik利用类似提取P波接收函数的方法得到Sp转换震相的S波接收函数。相比P波接收函数,由于S波接收函数不受间断面多次反射震相的干扰,因而在岩石圈-软流圈边界研究中具有较大的优势。然而目前关于S波接收函数的理论研究并不多,同时S波接收函数仍旧有相当多的缺陷与技术限制,因此本文进行了S波接收函数的理论研究,旨在掌握S波接收函数的计算过程,以及在计算S波接收函数的过程中应该注意的技术事项。 本文通过FK算法计算得到理论地震图,利用迭代反褶积方法计算理论接收函数,从而获得了接收函数的计算过程以及计算过程中应该注意的事项。包括用于进行S波接收函数的远震事件震中距范围的选取以及反褶积时窗的选取范围。通过计算不同震中距,不同转换深度入射角的对比试验,认为在进行S波接收函数过程中必须要对S波事件进行坐标旋转。 自从学者将勘探地震学中应用的地震偏移成像方法应用到天然地震台阵观测数据的成像以来,接收函数成像被广泛用来研究台阵下方的地壳上地幔结构。然而基于平面波近似的叠加成像方法存在固有的缺陷。本文通过计算不同震中距、不同转换深度与射线参数的关系,对传统共转换点叠加成像方法进行了改进,结果显示经过改进的共转换点叠加成像方法能将转换波振幅归位到更接近真实的转换点位置上。 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二维密集分布的200个台站近三年记录的远震S波数据,以及在华北克拉通西部块体的23个台站接近两年的远震S波数据,采用S波接收函数方法获得了华北克拉通的地壳和岩石圈结构。结果表明,利用S波接收函数获取的华北克拉通地壳厚度与通过P波接收函数获取的地壳厚度非常一致。华北克拉通地壳厚度从西至东逐渐减薄,西部块体地壳厚度约40km,东部块体约30km。华北克拉通中东部岩石圈与软流圈界面变化较平稳,岩石圈厚度介于60m-80km,西部块体岩石圈厚度为80-130km,表明华北克拉通岩石圈遭受到了大规模的减薄。我们在西部陆块的Moho界面下方探测到两个负的界面,我们分析后认为浅部的负的界面可能是岩石圈中部边界(MLD),较深的负的界面是岩石圈/软流圈边界(LAB),同时在华北克拉通中东部块体,LAB与MLD重叠在一起。地震面波以及各向异性的研究结果也为这一结果提供支持。 利用在沧东断裂附件架设的12个短周期地震台在2010年至2012年记录到的远震P波事件计算了P波接收函数,通过CCP成像获取了渤海湾盆地内沧东断裂带附近的地壳精细结构,结果表明在沧东断裂带附近结晶基底埋深变化剧烈,与人工地震测深和层析成像获得结果相一致。 最后结合地震面波研究,各向异性研究以及地热研究结果,我们对华北克拉通破坏模式进行了探讨。我们认为华北克拉通东部块体的破坏是由于太平洋板块俯冲造成的地幔流导致。印度板块对亚洲板块的俯冲,造成青藏高原深度物质的向东溢出,遇到刚性的鄂尔多斯块体阻挡,形成鄂尔多斯绕流,并与太平洋板块俯冲造成的地幔流在山西地堑交汇,最终造成了华北克拉通中部块体以及西部块体的东部部分地区也遭受了大规模的减薄。我们的研究结果为认识和理解华北克拉通破坏过程提供了重要的深部地球物理资料。


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