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​中国东北地区P波各向异性层析成像:对岩石圈变形、地幔动力学和板内火山的认识

来源:中国地震局地球物理研究所 发布时间:2022-06-30

中国东北地区位于西太平洋板块俯冲带弧后区域,受俯冲作用影响明显,同时其内部又存在多个微陆块的相互作用,导致该区具有复杂的岩石圈结构和深部地学特征。通过整合东北地区近年来丰富的区域地震及全球远震资料,对该区开展深部地震各向异性研究,尤其是具有更好纵向分辨能力的P波各向异性研究,将有利于进一步解答该区岩石圈变形、深部地幔动力学特征,以及板内火山成因等关键地球科学问题。

中国地震局地球物理研究所吴建平研究员团队利用334个固定和流动地震台站记录的区域地震和远震事件的高质量走时数据,获得了中国东北地区地壳至上地幔范围的三维P波各向异性图像。在上地壳,松辽盆地中部显示出近东西向的方位各向异性快波速度方向(FVD),它被沿盆地边缘环形的FVD所包围。东西向FVD可能反映了在区域构造应力控制下上地壳微裂隙或破裂的定向排列。在下地壳中,沿郯庐断裂带存在NE-SW向FVD和显著低速异常,推测断裂带下地壳部分存在沿NE-SW向的韧性变形或粘性物质流动。研究区域大部分地区上地幔顶部的FVD主要表现为NNW-SSE至N-S向,可能反映了古太平洋板块俯冲引起的地幔岩石圈古老变形。在大兴安岭下方100公里深处显示出高速异常和NE-SW向FVD,可能反映出古老的岩石圈遗迹。在深部上地幔,FVD主要为NW-SE向,与SKS分裂测量结果一致,推断与东亚下方间歇后退的滞留太平洋板块导致的地幔流动有关。在中国东北部长白山和其他板内火山下方,大地幔楔中存在显著的低VP异常,表明这些火山是由地幔楔中的湿热上升流引起的,与西太平洋板块的深俯冲和脱水密切相关。

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图1 中国东北地区P波各向异性分布图

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图2 中国东北地区各向同性P波速度扰动垂直剖面图

研究的创新之处体现在:1. 联合区域地震及远震资料,应用地震体波各向异性走时层析成像技术,获得了中国东北地区深至上地幔转换带的高分辨率三维P波方位各向异性分布图像;2. 东北地区岩石圈内部显著的非均匀各向异性特征揭示了该地区复杂的介质变形,并在很大程度上受区域构造应力场及深大断裂带的控制;3. 西太平洋板块深俯冲对深部地幔物质流动产生了重要影响;板片脱水引起地幔楔中的湿热上升流可能是该区板内火山活动的主要诱因。

本研究通过联合东北地区区域近震与远震资料,获得了该区深至地幔转换带的三维P波方位各向异性结果。研究成果揭示了东北地区复杂的岩石圈变形与深部地幔动力学特征,进一步解答了该区地震与火山活动的深部机理及成因等问题。研究认识将为区域断裂活动性、地震与火山危险性研判等防灾减灾工作提供新的科学依据。

研究成果2022年发表于学术期刊《Geophysical Journal International》(SCI),受“中国地震局地质研究所国家野外科学观测研究站研究课题(NORSCBS20-07)”与“日本学术振兴会研究基金项目(19H01996)”共同资助。

 

【作者简介】

贾若,男,1989年生,博士。2016年-2020年,就读于中国地震局地球物理研究所,固体地球物理学专业,师从吴建平研究员。主要从事的研究方向有,地震学成像理论及应用、地震各向异性,地震活动性研究等。