华北地区地壳与上地幔速度间断面接收函数成像研究

吴建平 王未来 房立华 明跃红（中国地震局地球物理研究所，北京 100081）

华北地区地壳与上地幔速度间断面接收函数成像研究

吴建平 王未来 房立华 明跃红
（中国地震局地球物理研究所，北京 100081）

P波接收函数主要包含台站下方速度界面所产生的转换波，转换波S波和原生P波以不同路径、不同时间到达同一台站，因此，时间轴上反映了转换波与原生P波在台站的到时差。在给定慢度和速度模型的情况下，可以依据到时差找到转换点。将接收函数中该时差所对应的接收函数值置于相应的转换点三维坐标,对不同射线在同一空间点的转换波振幅进行叠加,并经过规一化后可形成接收函数图像。

我们广泛收集了华北地区固定地震台网、华北流动地震实验场的流动地震台阵、中国地震台阵探测项目的流动地震台阵等的地震观测资料，利用远震体波波形计算获得30多万条有效的接收函数。采用共转换点叠加技术，对地壳及上地幔速度间断面的三维空间起伏形态进行了成像。结果显示，地壳厚度、上地幔过渡带410 km和660 km速度间断面深度存在明显的横向变化。上地幔间断面地形起伏变化较大的区域主要位于110°E以东。在410 km附近，速度间断面深度在鄂尔多斯周边的东部和北部呈现出明显的下凹特征，其中在鄂尔多斯东北部的大同一带表现得最为明显。在华北盆地区域、青藏高原东部区域也有不均匀下凹的现象。在四川盆地、鄂尔多斯块体、阿拉善及其以北的块体则表现为明显的地形凸起。过渡带下界面的深度在四川盆地、鄂尔多斯块体、阿拉善块体及青藏高原东北缘地区下方，与平均地球模型的深度相近，但在华北东部出现大范围的加深特征，界面深度达680～690 km。

一般认为，410 km和660 km速度间断面是橄榄岩矿物向高压矿物转变的相变带，其中410 km间断面标志着橄榄岩矿物向β-尖晶石相变，而660km间断面则标志着γ-尖晶石向钙钛矿+镁方铁矿相变。实验表明，这两种相变对于温度比较敏感，而且Clapeyron斜率的正负号相反。在不考虑其它因素影响的条件下，地幔过渡带深度范围内温度的增加会导致410 km间断面加深以及660 km间断面的变浅。即上地幔过渡带温度的升高将导致上地幔过渡带厚度的减薄，温度降低将导致过渡带厚度增加。

需要提出的是，如果上地幔过渡带以浅的区域S波速度较低，可以导致Ps转换波的传播时间变长，在接收函数成像过程中出现间断面下凹的假象，反之，则可能导致速度间断面深度变浅。为了减少上地幔过渡带上方速度结构的影响，我们将上地幔过渡带底界面深度减去上地幔过渡带顶部界面深度得到上地幔过渡带厚度。在鄂尔多斯北缘河套断陷带附近，上地幔过渡带厚度较薄，表明这一地区新生代盆地的发育可能与来自地幔深部的热作用有关。同样，在鄂尔多斯东北缘，包括山西大同盆地等地区存在明显的上地幔过渡带减薄现象，该地区新生带火山活动可能与来自上地幔过渡带下方的热作用有关。在华北平原地区，上地幔过渡带厚度总体表现为增厚的特征，向东一直可延续到研究区东部边界。根据大尺度层析成像等的结果，西太平洋板块向西俯冲可以到达华北平原的上地幔过渡带。我们认为华北地区增厚的上地幔过渡带是由于温度较低的西太平洋俯冲板块在上地幔过渡带滞留造成的。俯冲板块在上地幔过渡带的滞留过程中，可能导致相变和脱水作用的发生，流体向上运移可能导致地幔温度的升高，造成华北平原下方上地幔地震波速度的降低。