中国东北地区地壳上地幔结构的接收函数研究.doc

中国东北地区地壳上地幔结构的接收函数研究中国东北地区在地质构造上夹持于南面的中朝克拉通和北面的西伯利亚板块之间,东临西太平洋边缘海,西属兴蒙造山带,是由多个微板块在前中生代拼合成的复合块体。东北地区先后处于古亚洲洋构造域和滨太平洋构造域控制范围内,中、新生代以来经历了大规模的伸展过程和强烈的火山活动,导致弧后盆地发育、热物质上涌和岩石圈的减薄。自晚中生代以来,太平洋板块持续向西俯冲,目前其俯冲前缘已到达我国东北下方约600km深处附近,因而东北地区成为研究俯冲的海洋岩石圈板块和大陆地幔相互作用的理想场所之—。本文首先简要介绍了中国东北地区的地质演化历史,以及前人在该区取得的壳幔结构研究结果,并详细介绍了接收函数方法的基本原理。在此基础上,利用接收函数方法从架设于东北地区的250个宽频带流动地震台站和122个固定台站记录到的1051个远震事件(Mb>5.0)中提取到70259条径向接收函数进行了研究,得到了东北地区地壳厚度、壳内泊松比以及上地幔间断面起伏特征,并进一步探讨了东北地区下方太平洋板块的俯冲形态以及长白山火山的起源。通过接收函数的H-κ扫描叠加方法,本文得到了东北地区地壳厚度与泊松比分布情况。研究结果显示,东北地区地壳厚度约在26～44km之间,且存在明显的区域性变化,总体表现为中间薄、两侧厚的格局,其中大兴安岭地块和额尔古纳地块地壳厚度较厚(31.4～43.5km),而松辽盆地总体偏薄(27.6～34.5km)与地壳厚度的区域性变化相类似,研究区内泊松比分布范围为0.18～0.31,且呈现出中间高、两边低的态势,其中大兴安岭地块和额尔古纳地块泊松比整体偏低(0.26左右),松辽盆地泊松比明显偏高(0.24～0.308)。长白山火山下方具有较高的泊松比,约为0.29°东北地区地壳厚度与泊松比分布的区域性变化可能与其地质构造演化的动力学过程有关。大兴安岭地区,地壳厚度与地表高程成镜像关系,表明该区较厚的地壳可能为“山根”。松辽盆地内部,地壳厚度与地表高程无明显相关性,表明上涌的热物质可能提供了维持盆地重力均衡的额外作用力。结合其它地球物理研究成果,长白山火山下方高的地壳泊松比暗示其下方岩石可能存在局部熔融。利用共转换点(CCP)叠加方法,得到了研究区上地幔410km和660km间断面的起伏特征以及过渡带厚度分布图。结果显示,以44.5°N为界,南北两侧的660km间断面起伏特征存在明显差异。44.5°N以南地区,660km间断面明显下沉,下沉的区域范围小,东西跨度约300-400km,但下沉幅度较大,最大达41km,推测该区域太平洋板块穿透660km间断面进入了下地幔。同时,在44.5°N以南、长白山以西地区发现660km间断面存在小范围的抬升,抬升幅度约12.5km,推测可能是由于进入地幔转换带底部的俯冲板块在某些因素的影响下张裂形成孔洞、随太平洋板块俯冲被带入地幔转换带的岩石圈之下热地幔物质在孔洞处逃逸并上升引起的。上升的热物质到达浅部时发生熔融,从而成为长白山火山岩浆的可能供给来源。而44.5°N以北地区660km间断面出现大范围的下沉,东西跨度最大达750km,但幅度较小,一般约为10km,最大约21km,表明可能有低温异常物质停滞于该区660km间断面之上,但是否为太平洋板块仍有待研究。