接收函數(shù)方法與華北克拉通北部巖石圈結(jié)構(gòu)的研究

王興臣

接收函數(shù)方法與華北克拉通北部巖石圈結(jié)構(gòu)的研究

王興臣

（中國地震局地球物理研究所，北京100081）

自從Langston提出接收函數(shù)以來，隨著地震觀測臺網(wǎng)越來越密集，利用地震臺陣觀測研究構(gòu)造帶下方速度結(jié)構(gòu)取得了重要進展，很多學者利用接收函數(shù)研究地殼上地幔速度結(jié)構(gòu)。雖然P波接收函數(shù)可以獲得地殼上地幔結(jié)構(gòu)，但由于莫霍面和殼內(nèi)間斷面多次反射震相的干擾，單純考慮Ps轉(zhuǎn)換震相難以精確地確定巖石圈邊界。

Farra和Vinnik利用類似提取P波接收函數(shù)的方法得到Sp轉(zhuǎn)換震相的S波接收函數(shù)。相比P波接收函數(shù)，由于S波接收函數(shù)不受間斷面多次反射震相的干擾，因而在巖石圈—軟流圈邊界研究中具有較大的優(yōu)勢。然而，目前關于S波接收函數(shù)的理論研究并不多，同時S波接收函數(shù)仍舊有相當多的缺陷與技術(shù)限制。因此，本文進行了S波接收函數(shù)的理論研究，旨在掌握S波接收函數(shù)的計算過程，以及在計算S波接收函數(shù)過程中應注意的技術(shù)事項。

本文通過FK算法計算得到理論地震圖，利用迭代反褶積方法計算理論接收函數(shù)，從而獲得了接收函數(shù)的計算過程以及計算過程中應該注意的事項。包括用于進行S波接收函數(shù)的遠震事件震中距范圍的選取以及反褶積時窗的選取范圍。通過計算不同震中距，不同轉(zhuǎn)換深度入射角的對比試驗，認為在進行S波接收函數(shù)過程中必須要對S波事件進行坐標旋轉(zhuǎn)。

自從學者將勘探地震學中應用的地震偏移成像方法應用到天然地震臺陣觀測數(shù)據(jù)的成像以來，接收函數(shù)成像被廣泛用來研究臺陣下方的地殼上地幔結(jié)構(gòu)。然而，基于平面波近似的疊加成像方法存在固有的缺陷。本文通過計算不同震中距、不同轉(zhuǎn)換深度與射線參數(shù)的關系，對傳統(tǒng)共轉(zhuǎn)換點疊加成像方法進行了改進，結(jié)果顯示，經(jīng)過改進的共轉(zhuǎn)換點疊加成像方法能將轉(zhuǎn)換波振幅歸位到更接近真實的轉(zhuǎn)換點位置上。

利用布設在華北克拉通東部和中部地區(qū)以及西部陸塊部分地區(qū)的二維密集分布的200個臺站近3年記錄的遠震S波數(shù)據(jù)，以及在華北克拉通西部塊體的23個臺站接近兩年的遠震S波數(shù)據(jù)，采用S波接收函數(shù)方法獲得了華北克拉通的地殼和巖石圈結(jié)構(gòu)。結(jié)果表明，利用S波接收函數(shù)獲取的華北克拉通地殼厚度與通過P波接收函數(shù)獲取的地殼厚度非常一致。華北克拉通地殼厚度從西至東逐漸減薄，西部塊體地殼厚度約40km，東部塊體約30km。華北克拉通中東部巖石圈與軟流圈界面變化較平穩(wěn)，巖石圈厚度為60～80km，西部塊體巖石圈厚度為80～130km，表明華北克拉通巖石圈遭受了大規(guī)模的減薄。我們在西部陸塊的莫霍界面下方探測到兩個負振幅界面，我們分析后認為，淺部的負振幅界面可能是巖石圈中部邊界（MLD），較深的負振幅界面是巖石圈—軟流圈邊界（LAB），同時在華北克拉通中東部塊體中，LAB與MLD重疊在一起。地震面波以及各向異性的研究結(jié)果也為這一結(jié)果提供了支持。

利用在滄東斷裂附近架設的12個短周期地震臺在2010年至2012年記錄到的遠震P波事件計算了P波接收函數(shù)，通過共轉(zhuǎn)換點（CCP）成像獲取了渤海灣盆地內(nèi)滄東斷裂帶附近的地殼精細結(jié)構(gòu)，結(jié)果表明，在滄東斷裂帶附近結(jié)晶基底埋深變化劇烈，與人工地震測深和層析成像獲得的結(jié)果相一致。

最后結(jié)合地震面波研究，各向異性研究以及地熱研究結(jié)果，我們對華北克拉通破壞模式進行了探討。我們認為，華北克拉通東部塊體的破壞是由于太平洋板塊俯沖造成的地幔流引起的。印度板塊對亞洲板塊的俯沖，造成青藏高原深度物質(zhì)的向東溢出，遇到剛性的鄂爾多斯塊體阻擋，形成鄂爾多斯繞流，并與太平洋板塊俯沖造成的地幔流在山西地塹交匯，最終造成了華北克拉通中部塊體以及西部塊體的東部部分地區(qū)也遭受了大規(guī)模的減薄。我們的研究結(jié)果為認識和理解華北克拉通破壞過程提供了重要的深部地球物理資料。

華北克拉通；接收函數(shù)；地殼結(jié)構(gòu)；巖石圈結(jié)構(gòu)；減薄機制

（作者電子信箱，王興臣：wangxingchen123＠sina.com）

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10.3969／j.issn.0235－4975.2014.02.009