中國(guó)大陸東南緣地震接收函數(shù)與地殼和上地幔結(jié)構(gòu)

葉 卓，李秋生＊，高 銳，管 燁，賀日政，王海燕，盧占武，熊小松，李文輝

1 中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)研究所，北京 100037

2 中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院深部探測(cè)與地球動(dòng)力學(xué)開放實(shí)驗(yàn)室，北京 100037

1 引 言

中國(guó)大陸東南邊緣地處歐亞板塊和太平洋板塊的交匯區(qū)域，與地球上最年輕的洋－陸匯聚造山帶——臺(tái)灣造山帶隔海峽相望，被認(rèn)為是板塊相互作用研究的最佳天然實(shí)驗(yàn)室之一.

中國(guó)大陸東南邊緣在區(qū)域上屬于華南造山區(qū)的一部分，以廣泛出露中－新生代巖漿巖而著稱，其構(gòu)造地貌受NE向和NW向的兩組斷裂控制，形成了“東西分帶，南北分塊”的基本格局（圖1）.

針對(duì)中生代大規(guī)模巖漿活動(dòng)和伴隨成礦爆發(fā)的深部背景、現(xiàn)代洋陸相互作用等地球科學(xué)問(wèn)題，研究區(qū)（南起南嶺，北至浙閩邊界）深部地球物理調(diào)查程度相對(duì)較高.在20世紀(jì)80年代末－90年代初即實(shí)施了人工爆破地震探測(cè)［1－5］；至少有兩條全球地學(xué)斷面通過(guò)［6－7］；21世紀(jì)以來(lái)，又針對(duì)沿海的漳州盆地和福州盆地地殼穩(wěn)定性和活斷層進(jìn)行了人工爆破密集折射和反射剖面探測(cè)［8－9］，同時(shí)期還對(duì)過(guò)去折射和寬角反射地震資料進(jìn)行了再研究［10－13］；特別是近年來(lái)不少學(xué)者利用固定臺(tái)站記錄數(shù)據(jù)開展遠(yuǎn)震接收函數(shù)和層析成像等天然源地震探測(cè)研究［14－18］，獲得了臺(tái)站下方的地殼速度結(jié)構(gòu)、泊松比分布以及410km和660km不連續(xù)面的基本信息.這些成果為本研究奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ).

然而本文作者注意到，前人的研究從部署上較多關(guān)注NW向上地質(zhì)構(gòu)造及地殼結(jié)構(gòu)向海過(guò)渡的差異性，而對(duì)平行于區(qū)域構(gòu)造走向（NE向）地殼結(jié)構(gòu)變化注意不夠.實(shí)際上僅從已有的深部探測(cè)結(jié)果就已經(jīng)不難看出，華南地區(qū)的地殼結(jié)構(gòu)并不具有典型的二維特征.Ai等［14］給出了福建省和臺(tái)灣地區(qū)地殼厚度及上地幔過(guò)渡帶的二維圖像，但因地震臺(tái)站間距較大，有待更密集的觀測(cè)進(jìn)一步補(bǔ)充證實(shí).

基于上述考慮，作為Sinoprobe寬頻地震觀測(cè)實(shí)驗(yàn)的一項(xiàng)內(nèi)容，作者在中國(guó)大陸東南緣部署了3條NW向剖面和2條NE向剖面，它們構(gòu)成對(duì)中國(guó)大陸東南緣以福建沿海為中心區(qū)的柵狀剖面覆蓋.本文報(bào)導(dǎo)先期兩條NE向剖面的遠(yuǎn)震P波接收函數(shù)的初步結(jié)果.并結(jié)合本項(xiàng)目的NW向剖面和前人結(jié)果，試對(duì)中國(guó)大陸東南緣的深部動(dòng)力學(xué)問(wèn)題進(jìn)行初步探討.

2 數(shù)據(jù)和方法

2.1 數(shù)據(jù)資料

2008年8月—2011年4月，本文作者在中國(guó)大陸東南沿海（福建）地區(qū)布設(shè)了20個(gè)寬頻地震流動(dòng)臺(tái)，裝備了Reftek130數(shù)字采集器和Guralp CMG－3ESP（30sec to 50Hz）和 Guralp CMG －3T （120 sec to 50Hz）地震計(jì)，采用線性觀測(cè)系統(tǒng)（測(cè)線BB′），測(cè)線長(zhǎng)度450km，采用連續(xù)記錄方式，采樣頻率50Hz，記錄周期達(dá)18個(gè)月，采集到原始連續(xù)記錄數(shù)據(jù)234GB；并于2011年4—5月，將沿海地區(qū)的20套儀器向北平移約150km，重新布設(shè)于閩中北部（測(cè)線AA′），測(cè)線長(zhǎng)度280km，記錄周期至2012年9月底，采集到原始連續(xù)記錄數(shù)據(jù)160GB（圖1）.本文接收函數(shù)的波形數(shù)據(jù)主要來(lái)自內(nèi)陸剖面AA′，結(jié)果討論和結(jié)論綜合了兩條剖面的結(jié)果.

2.2 接收函數(shù)的提取

從地震目錄（來(lái)自USGS）中選取地震震級(jí)MS＞5.5，震中距范圍為30°～95°之間的地震，從原始記錄數(shù)據(jù)中截取P波前10s后100s的地震事件用于接收函數(shù)的計(jì)算.地震事件P波接收函數(shù)的計(jì)算采用時(shí)間域迭代反褶積方法［19－20］，采用2.5的 Gaussian濾波因子對(duì)接收函數(shù)進(jìn)行濾波，然后對(duì)分離出的接收函數(shù)進(jìn)行挑選，選取初動(dòng)尖銳、Ps及其兩個(gè)多次波震相清晰、信噪比高的接收函數(shù).累計(jì)從測(cè)線AA′臺(tái)站得到了690個(gè)，從測(cè)線BB′臺(tái)站得到756個(gè)高質(zhì)量的接收函數(shù)，涉及到地震事件245個(gè)，它們分布在研究區(qū)的東北、東南和南部（圖2）.

將測(cè)線AA′所有臺(tái)站所得690個(gè)原始接收函數(shù)進(jìn)行Ps時(shí)差校正（moveout correction）［21］，參考慢度為p0＝6.4s／°，對(duì)應(yīng)震中距67°，并按照入射到臺(tái)站的地震射線與測(cè)線走向線（N36.5°E）夾角（0～180°）由大到小的順序?qū)⒚總€(gè)臺(tái)站的接收函數(shù)進(jìn)行排列，最后從南到北按臺(tái)站順序?qū)y(cè)線AA′所有接收函數(shù)排列成圖3a.圖中，30s后的部分進(jìn)行了0.03～0.2Hz的帶通濾波，并將振幅放大了三倍.

圖1 寬頻流動(dòng)臺(tái)站測(cè)線位置圖橘紅色倒三角表示2008年8月—2011年4月布設(shè)于福建沿海的臺(tái)站，紅色三角表示2011年5月—2012年9月布設(shè)于福建中北部地區(qū)的臺(tái)站；桃紅色小正方形表示本文用到的福建地震臺(tái)網(wǎng)25個(gè)固定臺(tái)站位置；AA′與BB′為疊加剖面位置；深紅色剖面L為爆炸地震測(cè)線［1］；黑粗線表示出露的主要斷裂：F1—政和－大埔斷裂帶，F(xiàn)2—長(zhǎng)樂(lè)－詔安斷裂帶，F(xiàn)3—九龍江下游斷裂，F(xiàn)4—晉江斷裂，F(xiàn)5—興化灣斷裂，F(xiàn)6—閩江斷裂，F(xiàn)7—三都澳斷裂；左下角的紅色矩形框示意研究區(qū)位置.Fig.1 Topography map showing the locations of broadband seismic stations and profilesThe orange downward-pointing triangles mark the stations deployed along the coast of Fujian，operating from August 2008to April 2011 while the red triangles mark the stations deployed in the midland of Fujian，operating from May 2011to September 2012.The fuchsia squares denote the locations of 25permanent stations from Fujian seismic network.White lines AA′and BB′show the locations of two stacking profiles while the crimson line L is the explosive seismic profile［1］；Black bold lines denote the locations of main faults：F1—Zhenghe-DabuFault，F(xiàn)2—Changle-Zhao′an Fault，F(xiàn) 3—Jiulongjiang Fault，F(xiàn) 4—Jinjiang Fault，F(xiàn) 5—Xinghuawan Fault，F(xiàn) 6— Minjiang Fault，F(xiàn)7—Sandu Ao Fault.The study area is outlined with a red rectangular box in the lower left located insert map.

圖2 遠(yuǎn)震事件分布圖（MS＞5.5，震中距30°～95°）Fig.2 Epicenter distribution of teleseismic events with MS＞5.5and epicentral distances of 30°～95°

圖3a中紅色為正振幅，表示向下的速度增加.由圖3可見(jiàn)，Moho震相處于3～4s之間，側(cè)向變化不大，但從Ps的多次波可以看出還是有一定的起伏.410km和660km間斷面震相亦清晰可見(jiàn).挑選研究區(qū)東南方向，即90°～180°之間的地震事件相應(yīng)的接收函數(shù)，進(jìn)行Ps時(shí)差校正后，對(duì)每個(gè)臺(tái)站作疊加，得到每個(gè)臺(tái)站的一個(gè)平均接收函數(shù)道，并沿測(cè)線排列成圖3b，從圖中可以看到，Moho間斷面Pms震相較為平緩，從TANT臺(tái)到ZHAH臺(tái)略有抬升.對(duì)所有接收函數(shù)進(jìn)行疊加得到圖3c（疊加剖面CC′位置示于下文圖7a），疊加窗根據(jù)530km深度處的射線穿入點(diǎn)進(jìn)行劃分，疊加窗寬度為200km，沿測(cè)線步長(zhǎng)50km，同樣，在疊加前對(duì)所有接收函數(shù)進(jìn)行了Ps時(shí)差校正，并只選擇了疊加窗內(nèi)接收函數(shù)數(shù)量大于50的疊加結(jié)果.如圖可見(jiàn)，410km和660km震相均滯后于IASP91模型標(biāo)準(zhǔn)震相1.5～2.5s，且保持平緩，起伏幅度基本保持在1s以下.

圖3 原始接收函數(shù)時(shí)間剖面及疊加剖面（a）測(cè)線AA′原始接收函數(shù)排列，按入射到臺(tái)站的地震射線與測(cè)線走向線（N36.5°E）夾角（0～180°）由大到小順序?qū)⒚總€(gè)臺(tái)站的接收函數(shù)進(jìn)行排列；（b）測(cè)線AA′按臺(tái)站順序（從西南到東北方向）的接收函數(shù)疊加結(jié)果，臺(tái)站名標(biāo)在每條接收函數(shù)上方；（c）沿圖7a中的剖面CC′劃分疊加窗的接收函數(shù)疊加結(jié)果（按緯度排列），圖中虛線表示IASP91模型410km和660km震相到時(shí)，藍(lán)色實(shí)線標(biāo)出了實(shí)際震相.Fig.3 Time domain section of the raw receiver functions and the stacked receiver function sections（a）Raw receiver functions for all stations along profile AA′，sorted by the angles（0～180°）made by each incident ray with the profile trending line（N36.5°E）from large to small for each station；（b）The stacked receiver functions of profile AA′for each station with the corresponding station name shown at the top.（c）Binning stacked receiver functions sorted by latitudes of the stacking bins along profile CC′in Fig.7a.The dash lines indicate the arrivals of the 410km and 660km phases predicted by the IASP91model while the blue solid lines approximately mark the observed arrivals.

2.3 資料處理方法

本文使用時(shí)間域迭代反褶積方法［19－20］實(shí)現(xiàn)接收函數(shù)的反褶積計(jì)算，此方法由Kikuchi［22］提出，并詳細(xì)描述了時(shí)間域迭代反褶積方法的數(shù)學(xué)原理.相對(duì)于頻率域反褶積方法，此方法的反褶積過(guò)程擺脫了水準(zhǔn)值、時(shí)間域平滑和阻尼系數(shù)對(duì)接收函數(shù)的影響之間的復(fù)雜關(guān)系，這對(duì)接收函數(shù)的分析是有利的［19］.

本文采用H－κ自動(dòng)搜索疊加方法［23］和共轉(zhuǎn)換點(diǎn)疊加偏移成像［24－25］來(lái)研究臺(tái)站下方的地殼厚度和泊松比以及獲得研究區(qū)地殼上地幔主要速度間斷面的成像.H－κ搜索方法利用P波接收函數(shù)的轉(zhuǎn)換震相及其多次波相對(duì)于P波初至的走時(shí)與地殼厚度及Vp／Vs波速比的關(guān)系，聯(lián)合使用Moho界面的Ps轉(zhuǎn)換震相和它的多次波震相（信號(hào)較強(qiáng)的有PpPs，PpSs＋PsPs），通過(guò)對(duì)不同的震相分配相應(yīng)的權(quán)重，對(duì)接收函數(shù)的振幅進(jìn)行疊加，搜索得到地殼厚度和Vp／Vs的最佳估計(jì).

共轉(zhuǎn)換點(diǎn)疊加偏移方法（CCP）是將接收函數(shù)每個(gè)點(diǎn)的振幅都偏移到相應(yīng)的地下轉(zhuǎn)換點(diǎn)（Piercing Point）的過(guò)程，首先通過(guò)設(shè)定背景速度模型確定了每個(gè)接收函數(shù)的射線路經(jīng)，進(jìn)行入射角矯正和時(shí)深轉(zhuǎn)換后，接收函數(shù)每個(gè)點(diǎn)上的振幅被偏移到了深度域射線上造成此點(diǎn)振幅的相應(yīng)P－S轉(zhuǎn)換點(diǎn)上，而這個(gè)振幅就表示了轉(zhuǎn)換點(diǎn)處的速度改變（波阻抗改變）.而后將整個(gè)剖面空間進(jìn)行劃分，設(shè)定一定的長(zhǎng)（沿測(cè)線方向）、寬（橫向垂直于測(cè)線方向）、高（深度方向），將剖面空間劃分成一個(gè)個(gè)小的疊加單元，疊加同一單元內(nèi)的振幅得到此疊加單元的一個(gè)平均振幅.通過(guò)這種方法，我們實(shí)現(xiàn)了沿測(cè)線方向，對(duì)測(cè)線下方的地球內(nèi)部結(jié)構(gòu)的一個(gè)網(wǎng)格化的成像，能夠直觀地反映出地下各速度間斷面的分布及沿剖面變化情況.

3 地殼厚度和泊松比變化特征

參考前人的人工源地震探測(cè)結(jié)果［1－2，8－9］，將研究區(qū)地殼平均P波速度取為6.3km／s，地殼厚度H的范圍取為10～50km，P－S波速比Vp／Vs搜索范圍定為1.5～2.0，另外，根據(jù)所得接收函數(shù)的特征（圖4），Moho面的P－S轉(zhuǎn)換波Ps震相和它的兩個(gè)多次波震相PpPs，PpSs＋PsPs的疊加權(quán)系數(shù)被分別定為0.7，0.2和0.1.

圖4給出了兩個(gè)臺(tái)站（YUTN臺(tái)和TANT臺(tái)）的接收函數(shù)排列和H－κ疊加的結(jié)果，從圖中可以看到，Moho的Ps震相約出現(xiàn)在P波初至之后的3.5～4s之間，PpPs震相亦能清晰識(shí)別，H－κ疊加的結(jié)果顯示YUTN臺(tái)的地殼厚度為32.0km，地殼Vp／Vs值為1.73，TANT臺(tái)的地殼厚度為32.5km，地殼Vp／Vs值為1.69（圖4）.

對(duì)內(nèi)陸和沿海的兩條剖面所有臺(tái)站進(jìn)行H－κ疊加掃描，獲得臺(tái)站下的地殼厚度H和泊松比σ，基于測(cè)線AA′和BB′的上述結(jié)果，結(jié)合25個(gè)固定臺(tái)站的H－κ疊加掃描結(jié)果繪制的圖5顯示，中國(guó)東南大陸緣的地殼依厚度大致可分為三個(gè)帶：第一帶位于閩西北，地殼厚度大于32km，武夷山位于此帶；第二個(gè)帶對(duì)應(yīng)閩中南丘陵地帶，地殼厚度介于30～32km之間；第三帶大致對(duì)應(yīng)沿海地帶，地殼厚度小于30km.地殼厚度從內(nèi)陸到沿海，沿NW－SE方向經(jīng)這三個(gè)厚度帶依次遞減，從33km以上減薄到29km以下，這反映地殼厚度從內(nèi)陸向沿海減薄的總體變化趨勢(shì).

根據(jù)大陸地殼巖石性質(zhì)與泊松比的關(guān)系的劃分［26－28］，隨著巖石中酸性成分的減少和鎂鐵質(zhì)含量的增加，地殼巖石泊松比被劃分為低值（σ＜0.26）、中值（0.26≤σ＜0.28）、高值（0.28≤σ＜0.30）和超高值（σ≥0.30），基本對(duì)應(yīng)著巖石成分酸性、中性到基性以及地殼巖石破裂而富含流體或者部分熔融.據(jù)本研究結(jié)果可看出，中國(guó)大陸東南緣主要分布中酸性巖石，沿海剖面BB′臺(tái)站泊松比平均值為0.265，內(nèi)陸剖面 AA′泊松比平均值為0.248，如圖所示，沿海地區(qū)泊松比明顯高于內(nèi)陸地區(qū).泊松比分布顯示的分帶特征比地殼厚度變化更為明顯.從沿側(cè)線AA′和BB′的泊松比變化剖面圖上可以看到，在斷裂帶的交匯區(qū)域，泊松比呈現(xiàn)相對(duì)的異常高值，如在漳州盆地（對(duì)應(yīng)圖5中③），泊松比異常高值達(dá)到了0.284.

在圖5上，讀者不難看出，閩江斷裂可認(rèn)為是福建中東部地殼厚度的一條重要分界線.以閩江為界，福建中東部地區(qū)被分為南北兩部分，南部地殼厚度普遍小于32km，北部地殼厚度普遍大于32km.32 km地殼厚度等值線勾勒出閩江河谷西南部和東北部?jī)蓚€(gè)半封閉的局部地殼厚度區(qū)，西南部的區(qū)域地殼厚度小于32km，東北部區(qū)域地殼厚度在32km以上.

圖4 YUTN臺(tái)和QIAM臺(tái)的接收函數(shù)排列和H-κ疊加結(jié)果接收函數(shù)按后方位角（圖中紅點(diǎn)）排列，Moho的轉(zhuǎn)換波（Ps）和它的兩個(gè)多次波震相（PpPs，PpSs＋PsPs）用紅色虛線標(biāo)出，黑色三角表示震中距分布；右圖為相應(yīng)的H-κ疊加結(jié)果，五角星標(biāo)出了最佳估計(jì)點(diǎn).Fig.4 Receiver functions of stations YUTN and TANT，sorted by back azimuth（shown as red dots）The converted wave（Ps）from Moho and the multiple waves（PpPs，PpSs＋PsPs）are marked by red dashed lines.Black triangles denote the distribution of the epicentral distances.H-κstacking results for the two stations are shown on the right with the green stars denoting the best estimations.

據(jù)前人研究，閩江斷裂對(duì)福建地區(qū)的地震、地?zé)岬?分布也有明顯的控制作用［2，29－30］，而我們從研究區(qū)的布格重力分布圖上亦可看出，沿閩江河谷的布格重力異常與南北兩側(cè)有明顯差異［31］，GPS和地殼形變測(cè)量結(jié)果也證明福建地區(qū)南北部的地殼現(xiàn)時(shí)運(yùn)動(dòng)和應(yīng)變場(chǎng)存在顯著的分區(qū)差異，而且受NW向斷裂帶的控制［32］.這些地殼結(jié)構(gòu)和物質(zhì)組成的局部、次級(jí)的變化在區(qū)域地殼演化研究、礦產(chǎn)資源勘查和地震災(zāi)害研究等方面具有潛在的重要意義.

4 地殼與上地幔間斷面成像結(jié)果

4.1 地殼上地幔頂部CCP偏移疊加成像

利用已有的折射及寬角反射地震剖面［8－9］的地殼速度模型對(duì)IASP91地球速度模型［33］的地殼部分作相應(yīng)修正，得到一個(gè)本地的一維速度結(jié)構(gòu)模型，用于進(jìn)行時(shí)深偏移.將疊加空間設(shè)置成沿測(cè)線方向2km，橫向垂直于測(cè)線方向?qū)挾?50km，深度方向0.5km的疊加單元.射線沿測(cè)線方向的疊加寬度由菲涅爾帶計(jì)算得到，菲涅爾帶的大小決定著對(duì)成像的平滑程度，隨著深度的增大，菲涅爾帶半徑增大，這實(shí)際等于應(yīng)用了一個(gè)自地表到地下成錐狀的平滑窗.0～200km深度范圍的CCP疊加是沿圖1中的臺(tái)站剖面AA′和BB′進(jìn)行的，結(jié)果如圖6a所示.人工源爆炸地震測(cè)深剖面L（圖1）來(lái)自于國(guó)家地震局1982和1985年在福州—泉州—汕頭地區(qū)的人工爆炸地震測(cè)深研究［1］，其剖面位置與剖面BB′位置相近，對(duì)剖面L地殼探測(cè)結(jié)果Moho深度進(jìn)行采樣，并與BB′剖面的CCP偏移結(jié)果進(jìn)行比較，另外將各臺(tái)站的H－κ疊加結(jié)果也投影到剖面BB′，對(duì)比如圖6b所示.

圖5 福建地區(qū)地殼厚度和泊松比分布圖（H-κ疊加結(jié)果）橘黃色圓圈表示各臺(tái)站相應(yīng)的地殼泊松比大??；沿測(cè)線AA′和BB′的泊松比變化剖面圖繪于右側(cè)，圖中虛線矩形框指出了幾個(gè)σ相對(duì)高值異常區(qū)，其中：①對(duì)應(yīng)晉江斷裂和政和－大埔斷裂帶交匯區(qū)域，②對(duì)應(yīng)閩江斷裂和政和－大埔斷裂帶交匯區(qū)域，③對(duì)應(yīng)九龍江斷裂和長(zhǎng)樂(lè)—詔安斷裂帶的交匯區(qū)域，④對(duì)應(yīng)閩江斷裂和長(zhǎng)樂(lè)—詔安斷裂帶的交匯區(qū)域.Fig.5 The distribution of crustal thicknesses beneath Fujian region fromH-κstacking resultsPoisson′s ratios for the stations are marked on the map with orange filled circles.The sections of Poisson′s ratios along line AA′and BB′are plotted on the right side with 3dashed rectangular box outlining the relatively highσanomalies.Box ①：intersection area of Jinjiang Fault and Zhenghe-Dabu Fault；Box ②：intersection area of Minjiang Fault and Zhenghe-Dabu Fault；Box ③：intersection area of Jiulongjiang Fault and Changle-Zhao′an Fault；Box ④：intersection area of Minjiang Fault and Changle-Zhao′an Fault.

剖面AA′和BB′的CCP偏移疊加剖面圖顯示，沿兩條剖面下方的Moho界面都表現(xiàn)為連續(xù)而強(qiáng)烈的轉(zhuǎn)換震相正振幅，界面較為平緩，保持在30km左右深度水平上小幅變化，總體呈現(xiàn)為南淺北深趨勢(shì).兩條剖面與閩江河谷相交處的Moho都出現(xiàn)了突變的跡象，在內(nèi)陸剖面 AA′（約26.4°N處）上，Moho轉(zhuǎn)換震相表現(xiàn)的斷裂特征并不太明顯，但從位于100km深度的多次波上可分辨其變化；沿海剖面BB′跨過(guò)閩江處（約26°N）和寧德三都澳（約26.7°N）的 Moho可見(jiàn)較明顯的下沉，下沉幅度約為3～4km.從BB′剖面的CCP偏移結(jié)果、H－κ疊加結(jié)果與前人的爆炸地震探測(cè)結(jié)果的比較（圖6b）可以發(fā)現(xiàn)，三者一致反映了沿海地區(qū)Moho深度南淺北深的變化趨勢(shì)，寬頻帶天然源地震探測(cè)結(jié)果與人工源地震探測(cè)結(jié)果基本保持一致（在24.5°位置寬頻地震臺(tái)站向內(nèi)陸偏離較遠(yuǎn)，所以此處對(duì)比結(jié)果有偏差），且可發(fā)現(xiàn)晉江斷裂（25°N）到興化灣斷裂（25.5°N）之間，即泉州到莆田之間的 Moho界面較其兩側(cè)有較明顯的抬升［1］.

4.2 上地幔轉(zhuǎn)換帶CCP偏移疊加成像

兩條測(cè)線所有臺(tái)站所記錄的接收函數(shù)在上地幔410km和660km深度的穿入點(diǎn)（piercing points）在地表的投影位置分布如圖7a所示，它們沿北東向成帶狀分布，我們將上地幔深度的CCP疊加設(shè)置為穿入點(diǎn)分布最為密集的CC′剖面，平面研究區(qū)域如圖7a矩形框所示，疊加空間被設(shè)置為沿測(cè)線方向5km，橫向垂直于測(cè)線方向?qū)挾?00km，深度方向0.5km的疊加單元，穿過(guò)每個(gè)疊加單元的接收函數(shù)量如圖7b所示，除去邊緣部分外，大部分疊加單元內(nèi)的接收函數(shù)數(shù)量都大于30，可見(jiàn)數(shù)據(jù)的覆蓋密度是可靠的.在進(jìn)行疊加之前，先用一個(gè)零相位Butterworth帶通濾波器對(duì)所有接收函數(shù)進(jìn)行濾波，拐角頻率取為0.03～0.2Hz.

上地幔主要間斷面的CCP偏移疊加成像結(jié)果如圖7b所示，如圖可見(jiàn)，研究區(qū)的410km和660km都清晰地表現(xiàn)為強(qiáng)烈的正振幅震相界面，保持平緩而連續(xù)，未發(fā)現(xiàn)劇烈起伏和突變，其深度均大于IASP91全球標(biāo)準(zhǔn)模型的界面深度，其中410km界面深度在430km左右，660km界面深度在678km左右，但兩個(gè)界面間的上地幔轉(zhuǎn)換帶的厚度接近全球平均值250km（±5km）.520km間斷面是一個(gè)β相尖晶石到γ相尖晶石的相變面［34］，在圖中也能清晰地觀察到，深度為520km，但不連續(xù).

圖6 （a）測(cè)線AA′和BB′的CCP疊加剖面圖（0～200km），紅色和黑色表示正振幅（表示速度向下增加），藍(lán)色和綠色表示負(fù)振幅（表示速度向下減?。?，閩江斷裂、晉江斷裂和三都澳斷裂的位置在圖中用箭頭標(biāo)出；（b）CCP偏移結(jié)果（紅色×表示來(lái)自Moho的Ps轉(zhuǎn)換震相的最大振幅點(diǎn)）、H－κ疊加結(jié)果（藍(lán)色三角）與人工源地震探測(cè)結(jié)果（黑實(shí)線）所得Moho深度的比較，各臺(tái)站的H－κ疊加結(jié)果被投影到BB′剖面，人工源地震剖面位置見(jiàn)圖1Fig.6 （a）CCP migrated receiver function stacking images（0～200km）along profiles AA′and BB′.Reddish black colors indicate positive（velocity increasing downwards）and bluish green colors negative（velocity decreasing downwards）signals.Locations of Minjiang Fault，Jinjiang Fault and Ningde Sanduao Fault are denoted with little arrows on the top of the images.（b）Comparison of Moho depth from CCP migration（red“×”s indicate the tops of the Ps converted phases from the Moho），H－κstacking（blue triangles）and explosive seismic profile（black bold line）.H－κstacking results of each station are projected to the profile BB′.See Fig.1for the explosive profile

5 結(jié)果討論

5.1 中國(guó)大陸東南緣地殼減薄及泊松比分布

本研究?jī)蓷l平行海岸線剖面的H－κ疊加掃描結(jié)果，在空間上與前人垂直海岸線剖面的結(jié)果［14－17］相協(xié)調(diào).新的數(shù)據(jù)和對(duì)比分析結(jié)果進(jìn)一步證實(shí)華南地區(qū)地殼厚度從內(nèi)陸到沿海呈線性減薄，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步揭示了地殼在平行海岸線方向（近平行區(qū)域構(gòu)造走向）的局部起伏和分塊特征.為深入理解中國(guó)大陸東南緣的動(dòng)力學(xué)和成礦背景提供了新的深部信息.中國(guó)大陸東南緣地殼厚度的分布，與中國(guó)大陸東南緣所處的板塊構(gòu)造環(huán)境有關(guān)，在現(xiàn)今板塊構(gòu)造動(dòng)力體制下，臺(tái)灣海峽及中國(guó)大陸東南緣總體處于弧后伸展環(huán)境，地幔上隆，大陸邊緣處于“自由”邊界，地殼“蠕散”作用使其緩慢減?。?5］.

地殼泊松比在垂直大陸邊緣方向的分帶性前人已有論述［14，16］，本文的結(jié)果以更為密集的觀測(cè)補(bǔ)充提供了新的特征，在沿海和內(nèi)陸兩條剖面上揭示了泊松比在NE向變化的細(xì)節(jié).沿海剖面BB′臺(tái)站泊松比平均值為0.265，明顯高于內(nèi)陸地區(qū)（0.248），泊松比分布的分帶特征比地殼厚度變化更為明顯.

地殼泊松比大小依賴于地殼巖石的石英質(zhì)含量變化，而巖漿巖的石英質(zhì)含量與其源區(qū)深度密切相關(guān)，源區(qū)深度越大石英含量越低.華南地區(qū)的地殼結(jié)構(gòu)定型于燕山運(yùn)動(dòng).燕山期多期次巖漿侵入和火山活動(dòng)（時(shí)代逐漸變新）對(duì)地殼的添加，改變了地殼的物質(zhì)組成.早燕山期（180～142Ma）形成的大量的過(guò)鋁質(zhì)花崗巖（石英質(zhì)含量高）主要分布于內(nèi)陸一側(cè)，而晚燕山期（142～67Ma）形成的高鉀鈣堿性花崗巖更為廣泛地分布在沿海地帶.地殼泊松比從內(nèi)陸到沿海增加趨勢(shì)與華南地區(qū)中生代以來(lái)的地殼演化過(guò)程有關(guān)（從內(nèi)陸到沿海，巖漿活動(dòng)時(shí)代依次從老到新）.而沿海地帶的顯著高泊松比，可能是深部的鐵鎂質(zhì)巖漿的底侵作用的結(jié)果［36－37］.

圖7 （a）穿入點(diǎn)分布圖.紅點(diǎn)和藍(lán)點(diǎn)分別表示P波接收函數(shù)在410km和660km深度處的穿入點(diǎn)位置，虛線矩形框表示CCP疊加所涉及的范圍，疊加剖面CC′處于矩形框的中線位置；（b）沿剖面CC′的上地幔轉(zhuǎn)換帶偏移疊加成像圖（300～700km）.黑色實(shí)線為IASP91模型410km和660km深度線；上圖中的紅色和藍(lán)色點(diǎn)曲線分別代表410km和660km深度處穿過(guò)每個(gè)疊加單元的接收函數(shù)數(shù)量（RF number）Fig.7 （a）Piercing points of P－receiver functions at 410km （red dots）and 660km （blue dots）.The dashed rectangular box outlines the area of piercing points involved in the CCP stacking，with a stacking profile CC′located in the center of the box.（b）Migrated image of mantle transition zone （300～700km）along profile CC′.410km and 660km discontinuities from IASP91model are marked with black solid lines on the image.The red and blue dots on the top denote the number of receiver functions（RF number）passing through each bin at 410km and 660km

地殼泊松比相對(duì)異常高值區(qū)與斷裂帶的交匯區(qū)域具有很好的對(duì)應(yīng)關(guān)系，人工源地震研究結(jié)果亦證實(shí)了這一點(diǎn)［1］.用 Wan等［38］的觀點(diǎn)可以解釋為什么地殼泊松比異常高值區(qū)與斷裂帶的交匯區(qū)域具有的對(duì)應(yīng)關(guān)系.Wan等認(rèn)為，構(gòu)造斷裂－圈層滑脫與洋陸過(guò)渡型巖石圈的存在是造成中國(guó)東部巖漿起源的主要原因，構(gòu)造巖漿活動(dòng)主要發(fā)生在區(qū)域性的深大斷裂與巖石圈各界面的的交切帶附近，斷層切割深度的不同造成了不同類型的巖漿活動(dòng)，而且區(qū)域性的主干斷裂很容易成為巖漿上侵或噴出的通道，更多的基性巖漿物質(zhì)上侵到殼內(nèi)并在斷裂帶附近富集，造成了斷裂帶的交匯區(qū)域地殼泊松比值的異常高.

5.2 中國(guó)東南大陸邊緣地殼結(jié)構(gòu)的側(cè)向變化

中國(guó)大陸東南緣福建沿海地區(qū)的構(gòu)造地貌由NE向和NW向2組斷裂控制，NE向斷裂帶有政和—大埔斷裂帶、長(zhǎng)樂(lè)—詔安斷裂帶和濱海斷裂帶；NW向主要有韓江斷裂、九龍江斷裂、晉江斷裂、興化灣斷裂和閩江斷裂等［39］.

前人在中國(guó)大陸東南邊緣地區(qū)所開展的人工源或天然源的地震探測(cè)剖面，多數(shù)垂直于NE向構(gòu)造布置，較少針對(duì)NW向構(gòu)造開展研究，僅有廖其林等利用人工源地震［1－2］和邵學(xué)鐘等［29］利用天然地震轉(zhuǎn)換波對(duì)中國(guó)大陸東南邊緣地殼結(jié)構(gòu)進(jìn)行了初步研究，其反映晉江、閩江斷裂在深部可能延伸較大，而且平行區(qū)域構(gòu)造走向地殼結(jié)構(gòu)也存在較大差異.結(jié)合已有NW向剖面研究結(jié)果［14－17］，本文兩條寬頻地震接收函數(shù)剖面進(jìn)一步證實(shí)，在中國(guó)大陸東南緣地區(qū)，平行區(qū)域構(gòu)造走向的地殼結(jié)構(gòu)不均勻性可能并不亞于垂直構(gòu)造走向的變化.

NE向布設(shè)的兩條接收函數(shù)剖面CCP偏移疊加圖像揭示，在地殼從內(nèi)陸向沿?？傮w減薄的背景上，沿大陸海岸線方向，Moho面也有較明顯起伏和錯(cuò)斷.自南西向北東跨過(guò)晉江斷裂有小幅的起伏變化，且晉江斷裂到興化灣斷裂之間的Moho界面較其兩側(cè)有較明顯的抬升，跨過(guò)閩江斷裂和三都澳斷裂，Moho有3～4km快速下沉和產(chǎn)狀變化（圖6）.這些結(jié)果與前人的人工源地震探測(cè)結(jié)果保持一致.

閩江斷裂構(gòu)成閩中東部地區(qū)的地殼厚度的一條重要分界線，以其為界，以南地殼厚度普遍小于32km，以北地殼厚度普遍大于32km.研究資料顯示，閩江等NW向斷裂是一組較新的、活動(dòng)性強(qiáng)烈的左旋張性斷裂，幾乎切割錯(cuò)斷了其他所有方向的斷裂，對(duì)福建沿海地區(qū)的地震、地?zé)岬鹊貧?nèi)部活動(dòng)起著明顯的控制作用［2，29－30］.上述 NW 向斷裂的地震活動(dòng)性（強(qiáng)度）向南遞增，強(qiáng)震一般發(fā)生在NE向和 NW 向斷裂交會(huì)的部位［39－40］.

對(duì)比剖面AA′和BB′，發(fā)現(xiàn) Moho界面在BB′（沿海剖面）受閩江斷裂等NW向斷裂的影響較AA′（內(nèi)陸剖面）更明顯，這似乎表明，這些NW向斷裂與更新世晚期以來(lái)活動(dòng)增強(qiáng)的濱海斷裂關(guān)系更密切.閩江斷裂等NW向斷裂深切Moho界面對(duì)中國(guó)大陸東南緣的深部動(dòng)力學(xué)研究是一個(gè)重要信息，它表明NW向斷裂在該區(qū)現(xiàn)今板塊動(dòng)力學(xué)體系中也扮演著重要角色.

中國(guó)大陸東南緣，現(xiàn)今構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)主要受菲律賓海板塊與歐亞板塊碰撞俯沖機(jī)制控制，由于菲律賓海板塊與歐亞板塊碰撞俯沖的形式以臺(tái)灣花蓮為節(jié)點(diǎn)由伸展轉(zhuǎn)換為擠壓，作者認(rèn)為可能是逆時(shí)針的張扭作用導(dǎo)致了中國(guó)大陸東南西緣自南西而北東的地殼厚度增大及閩江、晉江等不同規(guī)模的NW向轉(zhuǎn)換斷層的發(fā)育.

5.3 中國(guó)大陸東南緣上地幔轉(zhuǎn)換帶特征

410km和660km速度間斷面分別是α橄欖石到β相尖晶石的相變面和γ相尖晶石到鈣鈦礦＋鎂質(zhì)方鐵礦的相變面，Clapeyron斜率在兩個(gè)相變面的變化決定了，上地幔轉(zhuǎn)換帶厚度的大小取決于轉(zhuǎn)換帶內(nèi)溫度的高低［41］.中國(guó)大陸東南緣（包括臺(tái)灣海峽）上地幔主要速度間斷面410km和660km在橫向上未發(fā)現(xiàn)明顯突變或起伏，與Ai等先前的結(jié)果一致［14］.雖然兩個(gè)界面的絕對(duì)深度略大于IASP91全球標(biāo)準(zhǔn)模型的界面深度，但上地幔轉(zhuǎn)換帶厚度與全球平均值保持一致，暗示了此區(qū)上地幔轉(zhuǎn)換帶溫度保持正常狀態(tài)，進(jìn)一步表明，無(wú)論在橫向上和還是縱向上，中國(guó)大陸東南緣和臺(tái)灣海峽地區(qū)的上地幔轉(zhuǎn)換帶都未受到歐亞大陸板塊與菲律賓板塊碰撞的明顯影響.

6 結(jié) 論

綜上所述，得到如下結(jié)論：

（1）野外采集和初步處理結(jié)果表明，寬頻帶地震觀測(cè)用以探測(cè)中國(guó)大陸東南沿海巖漿巖出露區(qū)殼幔結(jié)構(gòu)是有效的方法.

（2）中國(guó)大陸東南緣（福建地區(qū)）地殼厚度從內(nèi)陸到沿海大致呈線性減薄，從閩西北山區(qū)的33km減薄到沿海一帶的不足29km，符合大陸地殼向大洋地殼過(guò)渡的一般特征；沿剖面地殼厚度向北東方向略有增大，主要與各地段所處板塊動(dòng)力環(huán)境有關(guān).地殼泊松比向海岸線方向增加趨勢(shì)與前新生代地殼演化過(guò)程有關(guān).沿海地帶泊松比異常高可能是來(lái)自深部的鐵鎂質(zhì)巖漿的底侵作用的結(jié)果.沿剖面的地殼泊松比相對(duì)高值區(qū)與斷裂帶的交匯區(qū)域具有很好的對(duì)應(yīng)關(guān)系.區(qū)域性的主干斷裂很容易成為巖漿上侵或噴出的通道，更多的基性物質(zhì)自斷裂交匯區(qū)深部添加到地殼，造成了該處地殼泊松比值異常高.

（3）閩江斷裂等NW向斷裂深切 Moho界面，將中國(guó)大陸東南緣自南而北劃分出不同的地殼塊體，表明NW向斷裂在中國(guó)大陸東南緣的現(xiàn)今深部動(dòng)力學(xué)體系中也扮演著重要角色.閩江等NW向斷裂對(duì)研究區(qū)的地震、地?zé)?、地殼?yīng)變等因素有著重要的控制作用，應(yīng)引起足夠重視.目前亟待查明閩江等斷裂向臺(tái)灣海峽內(nèi)部延伸的狀態(tài)，以便更好理解菲律賓板塊與歐亞板塊碰撞如何向中國(guó)大陸東南緣過(guò)渡和傳遞.

（4）本次觀測(cè)結(jié)果表明，在中國(guó)大陸東南緣從內(nèi)陸到沿海250km范圍的條帶狀區(qū)域內(nèi)，未見(jiàn)上地幔410km和660km間斷面有可辨別的突變或起伏，其絕對(duì)深度略大于IASP91模型，但上地幔轉(zhuǎn)換帶厚度與全球平均值保持一致，暗示了研究區(qū)上地幔轉(zhuǎn)換帶溫度處于正常狀態(tài).可知中國(guó)大陸東南緣和臺(tái)灣海峽下方的上地幔轉(zhuǎn)換帶未受到歐亞大陸板塊與菲律賓板塊碰撞的明顯影響.

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