中國東北地區(qū)地殼上地幔結(jié)構(gòu)的接收函數(shù)研究

中國東北地區(qū)地殼上地幔結(jié)構(gòu)的接收函數(shù)研究中國東北地區(qū)在地質(zhì)構(gòu)造上夾持于南面的中朝克拉通和北面的西伯利亞板塊之間,東臨西太平洋邊緣海,西屬興蒙造山帶,是由多個微板塊在前中生代拼合成的復(fù)合塊體。東北地區(qū)先后處于古亞洲洋構(gòu)造域和濱太平洋構(gòu)造域控制范圍內(nèi),中、新生代以來經(jīng)歷了大規(guī)模的伸展過程和強烈的火山活動,導(dǎo)致弧后盆地發(fā)育、熱物質(zhì)上涌和巖石圈的減薄。自晚中生代以來,太平洋板塊持續(xù)向西俯沖,目前其俯沖前緣已到達(dá)我國東北下方約600km深處附近,因而東北地區(qū)成為研究俯沖的海洋巖石圈板塊和大陸地幔相互作用的理想場所之—。本文首先簡要介紹了中國東北地區(qū)的地質(zhì)演化歷史,以及前人在該區(qū)取得的殼幔結(jié)構(gòu)研究結(jié)果,并詳細(xì)介紹了接收函數(shù)方法的基本原理。在此基礎(chǔ)上,利用接收函數(shù)方法從架設(shè)于東北地區(qū)的250個寬頻帶流動地震臺站和122個固定臺站記錄到的1051個遠(yuǎn)震事件(Mb>5.0)中提取到70259條徑向接收函數(shù)進(jìn)行了研究,得到了東北地區(qū)地殼厚度、殼內(nèi)泊松比以及上地幔間斷面起伏特征,并進(jìn)一步探討了東北地區(qū)下方太平洋板塊的俯沖形態(tài)以及長白山火山的起源。通過接收函數(shù)的H-κ掃描疊加方法,本文得到了東北地區(qū)地殼厚度與泊松比分布情況。研究結(jié)果顯示,東北地區(qū)地殼厚度約在26～44km之間,且存在明顯的區(qū)域性變化,總體表現(xiàn)為中間薄、兩側(cè)厚的格局,其中大興安嶺地塊和額爾古納地塊地殼厚度較厚(31.4～43.5km),而松遼盆地總體偏薄(27.6～34.5km)與地殼厚度的區(qū)域性變化相類似,研究區(qū)內(nèi)泊松比分布范圍為0.18～0.31,且呈現(xiàn)出中間高、兩邊低的態(tài)勢,其中大興安嶺地塊和額爾古納地塊泊松比整體偏低(0.26左右),松遼盆地泊松比明顯偏高(0.24～0.308)。長白山火山下方具有較高的泊松比,約為0.29°東北地區(qū)地殼厚度與泊松比分布的區(qū)域性變化可能與其地質(zhì)構(gòu)造演化的動力學(xué)過程有關(guān)。大興安嶺地區(qū),地殼厚度與地表高程成鏡像關(guān)系,表明該區(qū)較厚的地殼可能為“山根”。松遼盆地內(nèi)部,地殼厚度與地表高程無明顯相關(guān)性,表明上涌的熱物質(zhì)可能提供了維持盆地重力均衡的額外作用力。結(jié)合其它地球物理研究成果,長白山火山下方高的地殼泊松比暗示其下方巖石可能存在局部熔融。利用共轉(zhuǎn)換點(CCP)疊加方法,得到了研究區(qū)上地幔410km和660km間斷面的起伏特征以及過渡帶厚度分布圖。結(jié)果顯示,以44.5°N為界,南北兩側(cè)的660km間斷面起伏特征存在明顯差異。44.5°N以南地區(qū),660km間斷面明顯下沉,下沉的區(qū)域范圍小,東西跨度約300-400km,但下沉幅度較大,最大達(dá)41km,推測該區(qū)域太平洋板塊穿透660km間斷面進(jìn)入了下地幔。同時,在44.5°N以南、長白山以西地區(qū)發(fā)現(xiàn)660km間斷面存在小范圍的抬升,抬升幅度約12.5km,推測可能是由于進(jìn)入地幔轉(zhuǎn)換帶底部的俯沖板塊在某些因素的影響下張裂形成孔洞、隨太平洋板塊俯沖被帶入地幔轉(zhuǎn)換帶的巖石圈之下熱地幔物質(zhì)在孔洞處逃逸并上升引起的。上升的熱物質(zhì)到達(dá)淺部時發(fā)生熔融,從而成為長白山火山巖漿的可能供給來源。而44.5°N以北地區(qū)660km間斷面出現(xiàn)大范圍的下沉,東西跨度最大達(dá)750km