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用接收函数研究华北克拉通东北部地壳特性

张莹莹  
【摘要】:华北克拉通是我国东部最重要的构造单元之一,古生代时期曾具有典型古老克拉通的全部特征,自中生代以来华北克拉通东部遭到了强烈破坏,其表现主要是岩石圈百余千米的大规模减薄。在对华北克拉通几十年的研究中,人们陆续提出了多种理论与假说来解释华北克拉通的破坏,而与地壳直接相关的破坏方式是部分下地壳连同岩石圈地幔的拆沉。岩石圈地幔和下地壳沉入软流圈,而后热的软流圈物质上涌至地壳下部置换冷的上地幔,使地壳加热,引发幔源岩浆的底侵、地壳的部分熔融、变质和大规模流体循环等一系列地质作用。研究区位于破坏最为严重的东北部地区,并且该地区涵盖京津唐是我国经济、文化最发达,人口最密集的地区之一,对该区域地壳特性研究为该地区地震预测提供了深部地球物理依据,同时为该地区可持续发展提供参考,也有助于我们进一步了解华北克拉通的演化模式。 本研究利用山东、河北、辽宁、北京、天津的103个宽频带地震台记录的远震资料,采用接收函数H-kaapa叠加搜索方法获得了研究区101个台站下方的地壳厚度和平均泊松比估计,将以上结果作为初始模型我们反演得到了92个台站下方的S波速度结构;我们分析了邻近张渤带和郯庐带共36个台站的数据,但根据数据筛选计算共获得了4个台站的地壳各向异性结果。 S波速度结构结果显示,研究区地壳厚度变化很大,从30km到46km,地壳厚度与地表地形有很好的相关性,呈现从隆起区到盆地区逐渐减薄的变化趋势。华北克拉通中西部地区的部分台站地壳S波速度呈阶梯状上升,壳内少有低速层,表明这些台站下方的地壳比较稳定,受后期改造较弱。北京地区的Moho面深度出现了高低起伏的现象,并且S波速度结构反演结果与人工侧深P波速度结构结果表现出很强的一致性。 地壳平均泊松比在中东部地区比较离散,暗示华北克拉通的中东部遭受破坏最为严重。燕山东南部地区泊松比偏低,可能与该地区克拉通破坏方式以拆沉为主有关。在太行山隆起和华北平原过渡地带,泊松比显示出随地壳增厚减小或增大两种不同的关系,这与地壳的后期改造有关。鲁东和鲁西隆起地区出现的高低泊松比复杂分布的现象可能与该地区火山活动有关。在张渤带和郯庐带附近区域,部分台站的地壳泊松比值偏高,可能是断裂带附近岩石比较破碎和岩石部分熔融共同作用的结果。 我们利用接收函数对张渤带和郯庐带附近的4个台站提取了全地壳各向异性参数。从快波偏振方向来看,位于张渤带附近的台站快波偏振方向与张渤带走向大体一致,而靠近郯庐带台站快波偏振方向也大致平行于郯庐带的走向,表明这两条大的断裂构造对周边地区地壳的各向异性起控制作用。从快慢波时间延时来看,各台站的快慢波时间延时在0.3s以上,表明这些台站下方地壳的各向异性强度较高。 我们用张家口台Ps波分裂结果与上地壳S波以及SKS波分裂结果对比发现,Ps波分裂结果与上地壳S波所得结果比较相似与SKS波结果偏离较大,初步分析可能是壳幔各向异性可能有着不同的形成机制。


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