大興安嶺造山帶及兩側(cè)鄰區(qū)莫霍面深度與泊松比分布特征

楊彥明 張建中 黃瑞濱

1）內(nèi)蒙古自治區(qū)地震局，呼和浩特 010010

2）赤峰地震臺，內(nèi)蒙古赤峰 024000

0 引言

大興安嶺造山帶及鄰區(qū)地處興蒙造山帶，位于中朝克拉通（又稱華北克拉通）和西伯利亞克拉通之間（李志安等，2000），是古生代古亞洲構(gòu)造域與中生代環(huán)太平洋構(gòu)造域強(qiáng)烈疊加的區(qū)域（英基豐等，2008），也是全球典型的大陸內(nèi)部晚中生代盆嶺構(gòu)造體系（邵濟(jì)安等，2005）。區(qū)域內(nèi)主要分布3大地質(zhì)構(gòu)造單元，即大興安嶺中生代火山巖區(qū)以NNE走向的大興安嶺造山帶為主體，西部以伊列克得斷裂與二連-海拉爾盆地相毗鄰，東部以NNE走向的嫩江-八里罕斷裂以及松遼盆地為邊界；南至華北地臺北緣斷裂，北界為蒙古-鄂霍次克褶皺系，松遼盆地與大興安嶺造山帶以大興安嶺-太行重力梯度帶分隔（內(nèi)蒙古自治區(qū)地質(zhì)礦產(chǎn)局，1991；吉林省地質(zhì)礦產(chǎn)局，1988；黑龍江省地質(zhì)礦產(chǎn)局，1993）。

研究區(qū)域主要為額爾古納地塊、興安地塊、松嫩地塊等多個微板塊、島弧以及封閉的洋盆構(gòu)成（張貽俠等，1998；高延光等，2014），由古亞洲洋逐漸演化形成，西伯利亞和中朝古陸由古亞洲洋相隔。該大洋發(fā)育于古生代，是一個較為復(fù)雜的多島大洋（林強(qiáng)等，1998），在晚侏羅紀(jì)-早白堊紀(jì)時期，蒙古-卾霍茨克洋閉合，華北克拉通與西伯利亞克拉通聯(lián)合成一體（李錦軼等，2009），中生代以來，大興安嶺地區(qū)巖漿活動強(qiáng)烈，火山巖分布廣泛，火山機(jī)構(gòu)開始發(fā)育，逐漸形成了大興安嶺造山帶（內(nèi)蒙古自治區(qū)地質(zhì)礦產(chǎn)局，1991；邵濟(jì)安等，2005）。在漫長的地質(zhì)年代中，研究區(qū)域受到古大洋閉合、太平洋俯沖、造山運(yùn)動等多期構(gòu)造作用的影響，逐漸形成由造山帶、盆地和火山等拼合而成的復(fù)雜區(qū)域（Zheng et al，2013），其基底則由一些不同的微陸殼經(jīng)過增生及碰撞拼合而成（Zhou et al，2013）。位于大興安嶺西側(cè)的二連-海拉爾盆地屬于斷陷盆地群，位于其東側(cè)的松遼盆地則是大型的斷陷坳陷閉合式盆地（邵濟(jì)安等，2005）。大興安嶺盆山結(jié)構(gòu)的地殼總體特征表明，其具有明顯的造山帶型與地臺型特點（Mooney et al，1987），其地殼由不同塊體組成。由于構(gòu)造背景獨特，不同研究者在對其動力學(xué)背景的研究方面存在分歧（李英康等，2014），一部分認(rèn)為與太平洋板塊向歐亞板塊俯沖有關(guān)（蔣國源等，1988；吳福元等，2000）；而Wang等（2002）研究認(rèn)為與北部的蒙古-鄂霍次克海向南俯沖相關(guān)；Fan等（2003）研究認(rèn)為其主要受到興蒙造山帶造山后演化的影響；此外，邵濟(jì)安等（2001）分析認(rèn)為，在中生代大興安嶺主要以伸展作用為主，中生代巖漿巖的形成與板內(nèi)伸展環(huán)境下的底侵作用相關(guān)。該區(qū)域不僅是研究爭論的熱點地區(qū)，也是了解板塊內(nèi)火山活動以及地幔過渡帶內(nèi)俯沖大洋板塊與上覆構(gòu)造結(jié)構(gòu)相互作用的重要區(qū)域。同時，研究區(qū)域多次發(fā)生MS≥4.0地震，亦是內(nèi)蒙古2大主要地震活躍區(qū)域之一（楊彥明等，2017）。

隨著寬頻帶地震臺的廣泛使用，大興安嶺造山帶及鄰區(qū)臺站覆蓋區(qū)域增加，布設(shè)密度增大，這為利用接收函數(shù)方法研究該區(qū)域地殼結(jié)構(gòu)特征提供了有利條件。本文利用國家測震臺網(wǎng)數(shù)據(jù)備份中心①中國地震局地球物理研究所國家測震臺網(wǎng)數(shù)據(jù)備份中心，2007，國家測震臺網(wǎng)地震波形數(shù)據(jù)。http：／／www.seisdmc.ac.cn（鄭秀芬等，2009）提供的內(nèi)蒙古自治區(qū)固定地震臺站（楊彥明等，2013）遠(yuǎn)震波形資料，應(yīng)用頻率域反褶積提取接收函數(shù)的方法，采用H-k疊加算法測算莫霍面深度和地殼平均波速比；同時，結(jié)合前人（高占永，2015；Tao et al，2014；柳俊茹，2014；張廣成，2012）對大興安嶺造山帶及兩側(cè)鄰區(qū)利用接收函數(shù)方法所獲得的研究結(jié)果，進(jìn)一步分析該地區(qū)莫霍面深度、泊松比的分布特征，以期為探討研究區(qū)域地下各圈層結(jié)構(gòu)及動力學(xué)模式提供可靠的地球物理約束。

1 數(shù)據(jù)資料與方法

1.1 臺站分布和數(shù)據(jù)來源

本文利用2009～2016年在大興安嶺造山帶及兩側(cè)鄰區(qū)（40°～54°N，111°～128°E）分布的固定地震臺站記錄到的MS≥5.8遠(yuǎn)震波形，通過P波接收函數(shù)反演獲得23個地震臺站下方的莫霍面深度和泊松比。研究中所用的地震事件目錄從中國地震臺網(wǎng)中心獲得。此外，收集前人利用探測臺陣②中國地震科學(xué)臺陣，2006，中國地震科學(xué)探測臺陣波形數(shù)據(jù)，北京：中國地震局，doi：10.12001／ChinArray.Data和地震臺站數(shù)據(jù)通過接收函數(shù)H-k方法取得的300個臺站的777個數(shù)據(jù)結(jié)果（鄭秀芬等，2009；高占永，2015；Tao et al，2014；柳俊茹，2014；張廣成，2012），綜合分析上述2部分?jǐn)?shù)據(jù)，得到研究區(qū)域莫霍面深度、泊松比的分布特征。圖1為研究區(qū)域、臺站及地震分布。由圖1可見，地震臺站對研究區(qū)域形成了較好的空間覆蓋，故可以全面地對比大興安嶺造山帶及兩側(cè)鄰區(qū)的地殼結(jié)構(gòu)和性質(zhì)。

圖1 研究區(qū)域、臺站及地震分布

1.2 接收函數(shù)

遠(yuǎn)震地震波信號D（t）可以表示為震源時間函數(shù)S（t）、震源區(qū)介質(zhì)結(jié)構(gòu)響應(yīng)MS（t）、傳播路徑響應(yīng)MRay（t）、臺站下方的介質(zhì)結(jié)構(gòu)響應(yīng)MR（t）和儀器響應(yīng)I（t）等5個影響因子的褶積形式（楊彥明，2017）

有效震源時間函數(shù)包含傳播路徑響應(yīng)和震源時間函數(shù)，因此，時間域內(nèi)遠(yuǎn)震地震波信號表示為如下三分量形式

其中，*代表褶積運(yùn)算；V、R、T分別為垂直、徑向、切向分量；D（t）為遠(yuǎn)震P波信號；I（t）為儀器的脈沖響應(yīng)；S（t）為有效震源時間函數(shù)；E（t）為介質(zhì)結(jié)構(gòu)的脈沖響應(yīng)。

根據(jù)Langston（1979）提出的“等效震源假定”的理論，當(dāng)震中距為30°～95°時，地震波近似垂直方向入射，垂直分量的介質(zhì)結(jié)構(gòu)脈沖響應(yīng)為Dirac函數(shù)（δ），地表位移的垂直分量近似等于儀器響應(yīng)和有效震源時間函數(shù)兩者的褶積（楊彥明，2017；楊彥明等，2016）

由此推導(dǎo)地表位移的徑向、切向分量為

變換到頻率域為

通過對徑向分量R、切向分量T分別與垂直分量V進(jìn)行反褶積運(yùn)算，可只保留臺站下方地殼以及上地幔結(jié)構(gòu)信息的數(shù)據(jù)

最后，將頻率域中的ER（ω）、ET（ω）分別作反變換，即可從遠(yuǎn)震波形記錄中分離出徑向接收函數(shù)ER（t）和切向接收函數(shù)ET（t）。

1.3 H-k域網(wǎng)格搜索算法

假設(shè)直達(dá)P、Ps波震相的射線參數(shù)均為p，則Ps、PpPs、PpSs+PsPs震相相對直達(dá)波的到時表示為

其中，H為莫霍面深度；vP、vS分別為P波、S波速度；tPs、tPpPs、tPpSs+PsPs分別為Ps、PpPs、PpSs+PsPs震相與P波的到時差。假定P波垂直入射，地球半徑為已知，則射線參數(shù)p由下式給出

其中，r為地球半徑；λ為入射角；v為地震波速度。由式（7）～（9）可推導(dǎo)出

根據(jù)Zhu等（2000）提出的H-k域網(wǎng)格搜索和疊加算法，利用Ps、PpPs、PpSs+PsPs震相同時對莫霍面深度H和波速比k進(jìn)行約束

其中，r（ti）為接收函數(shù)的振幅；ωi為各震相的權(quán)重值，并且滿足條件∑ωi＝1；t1、t2、t3分別為根據(jù)莫霍面深度H和波速比k計算得到的Ps、PpPs、Pp Ss+PsPs的到時，誤差通過如下公式進(jìn)行計算（Zhu et al，2000）

其中，δS為H-k疊加運(yùn)算中S（H，k）的估計方差；δH、δk分別為莫霍面深度H、波速比k的均方差。

1.4 泊松比計算方法

本文根據(jù)Christensen（1996）給出的如下波速比k與泊松比σ之間的關(guān)系，進(jìn)一步計算臺站下方地殼介質(zhì)的泊松比

2 數(shù)據(jù)處理

2.1 用于接收函數(shù)計算的數(shù)據(jù)處理

為確保地震波近似垂直入射，選取震中距為30°～95°、震級M≥5.5、三分量齊全的遠(yuǎn)震數(shù)據(jù)（Zhu，2000），截取P波理論到時前50s至后150s的波形，對數(shù)據(jù)進(jìn)行去趨勢、去均值、去傾斜、旋轉(zhuǎn)等預(yù)處理，用0.05～2.00Hz的巴特沃茲帶通濾波器濾波，以降低高頻噪聲的影響；然后，剔除明顯錯誤的波形，篩選信噪比較高、入射P波震相清晰的155個遠(yuǎn)震事件波形數(shù)據(jù)用于接收函數(shù)提取。

本文采用頻率域反褶積計算方法（Zhu et al，2000；Zhu，2000）對篩選出的23個臺站記錄的155個遠(yuǎn)震波形提取接收函數(shù)，最終提取3565對接收函數(shù)。由于受場地條件、地下介質(zhì)的復(fù)雜性、接收臺站處噪聲、儀器故障等的影響，提取的接收函數(shù)通常包含質(zhì)量較差或錯誤的波形（齊剛等，2015），因此，需要對提取的接收函數(shù)進(jìn)行人工篩選，選擇波形質(zhì)量較好、信噪比較高及多次反射波PpPs、Pp Ss+PsPs的震相較清晰的接收函數(shù)用于后續(xù)計算（楊彥明等，2016）。采用H-k疊加算法（Zhu et al，2000）計算臺站下方平均莫霍面深度和波速比。參考前人對于該區(qū)域的研究方法，在進(jìn)行H-k計算時，背景P波平均速度設(shè)為6.30km／s，H的變化范圍給定為20～60km，k的搜索范圍選取為1.6～1.9，Ps、PpPs、PpSs+PsPs震相的權(quán)重值分別取0.6、0.3、0.1（楊彥明，2017）。

2.2 對前人研究成果的數(shù)據(jù)處理

不同研究者在接收函數(shù)計算過程中所采用的濾波器、波形數(shù)量、震相的權(quán)重值、初始P波速度等是不同的，這造成對于同一臺站的研究結(jié)果間存在一定的差異。為了使綜合分析的結(jié)論更加可靠，需要對收集得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行比對及合理取舍。因此，本文采用高延光等（2014）的研究方法，對同一地震臺站存在2個或2個以上測量結(jié)果的情況使用加權(quán)平均算法測算臺站下方莫霍面深度和泊松比，并計算相對應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)差（圖2）。由圖2可見，大部分臺站的泊松比和莫霍面深度的標(biāo)準(zhǔn)差分別小于0.03和2.0km。由于原始波形數(shù)據(jù)信噪比較低或部分地區(qū)地殼結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，少數(shù)臺站泊松比和莫霍面深度的標(biāo)準(zhǔn)差分別大于0.03和2.0km，綜合分析認(rèn)為此類數(shù)據(jù)可信度較低，予以剔除。利用上述方法，對前人研究結(jié)果的數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選和處理，最終得到277個臺站下方的莫霍面深度和泊松比。

圖2 研究區(qū)內(nèi)具有2個或2個以上測量結(jié)果的臺站泊松比（a）和莫霍面深度（b）的標(biāo)準(zhǔn)差

3 接收函數(shù)結(jié)果

利用2009～2016年內(nèi)蒙古數(shù)字地震臺網(wǎng)寬頻帶固定臺站波形記錄，通過接收函數(shù)方法獲得研究區(qū)域23個臺站下方的莫霍面深度、波速比以及誤差范圍；同時，根據(jù)式（15）計算對應(yīng)臺站的泊松比（表1）。

一般地，Ps、PpPs震相是能量相對較強(qiáng)的正脈沖，多次反射波PpSs+PsPs的震相是能量較弱的負(fù)脈沖（楊彥明，2017）。分析認(rèn)為，本文研究區(qū)域內(nèi)接收函數(shù)能清晰地顯示莫霍面轉(zhuǎn)換波Ps以及至少1個多次反射波震相，Ps、PpPs、Pp Ss+PsPs震相到時分別為直達(dá)P波到達(dá)之后的4～6、13～16、18～20s。

圖3為臺站ZLT接收函數(shù)和H-k疊加結(jié)果。由圖3可見，在直達(dá)P波震相之后的4～5s之間Ps震相清晰，震相Pp Ps在14～15s之間。其中，H和k的最佳估計值由式（12）計算得到，波速比k估計為1.74±0.047，莫霍面深度為35.01±1.567km，由式（15）計算得到泊松比為0.25。Tao等（2014）、高占永（2015）、柳俊茹（2014）、張廣成（2012）等利用接收函數(shù)方法計算得到的臺站ZLT下方莫霍面深度分別為35.00、34.50、32.00、34.60km，泊松比分別為0.25、0.262、0.30、0.258。與本文計算結(jié)果相比，莫霍面深度差分別為0.01、0.51、3.01、0.41km，泊松比差分別為0.00、0.012、0.05、0.008。因此，本文結(jié)果與前人對于該區(qū)域的研究結(jié)果一致，臺站ZLT的計算結(jié)果是可靠的。

4 討論

4.1 莫霍面深度分布

將研究區(qū)域（40°～54°N，111°～128°E）劃分為0.01°×0.01°的網(wǎng)格，共計1701×1401個單元格點，使用Kriging（克里金）插值法計算得到莫霍面等值線分布圖（圖4（a））。

表1 23個固定地震臺站下方莫霍面深度、波速比和泊松比

圖3 ZLT臺接收函數(shù)、H-k疊加結(jié)果

研究區(qū)域莫霍面深度為25.0～42.3km，平均約為33.5km，整體分布具有東部淺西部深、由東向西逐漸增厚的特征。沿大興安嶺重力梯級帶東、西兩側(cè)明顯不同，梯級帶分界線以西的區(qū)域莫霍面深度均大于35.0km；而在該分界線以東地區(qū)，莫霍面深度小于35.0km，這也說明大興安嶺重力梯級帶是一條莫霍面深度陡變的分割線。

大興安嶺重力梯級帶總體呈NNE-SSW向帶狀分布，莫霍面深度由東向西從36.0km增加至40.0km，其等深線同樣呈NNE向線性展布，屬于幔坡區(qū)，該重力梯級帶屬于我國東部大興安嶺-太行山-武陵山地殼厚度陡變帶的北段；大興安嶺重力梯級帶以西的大興安嶺區(qū)域，莫霍面由陡變緩，較深，下凹至41.0～42.3km，屬于幔坳區(qū)；大興安嶺重力梯級帶以東地區(qū)，莫霍面較淺，上凸至31.0～25.0km，屬于幔隆區(qū)。研究表明，該重力梯級帶重磁異常出現(xiàn)陡變，大興安嶺兩側(cè)莫霍面深度的變化是該重力梯級帶形成的主要原因（張廣成，2012）。海拉爾坳陷地區(qū)，與周圍臺站相比，莫霍面深度減少2.0～4.0km，介于33.0～37.3km；在二連盆地，莫霍面深度與周邊區(qū)域相當(dāng)，為36.0～41.0km。

松遼地塊與華北地臺類似，是前寒武紀(jì)形成的剛性陸殼古陸塊，大興安嶺地區(qū)屬于興安古生代地槽褶皺帶（內(nèi)蒙古自治區(qū)地質(zhì)礦產(chǎn)局，1991），根據(jù)前人對嫩江斷裂兩側(cè)地殼速度結(jié)構(gòu)的研究結(jié)果可知，嫩江斷裂以西的大興安嶺地區(qū)和以東的松遼盆地莫霍面及上、中地殼的P波速度不同，結(jié)構(gòu)和性質(zhì)相異（張振法等，2000）。此外，本研究還發(fā)現(xiàn)松遼盆地與大興安嶺造山帶的莫霍面深度之間存在明顯差異，松遼盆地莫霍面較淺，深度為27.0～35.0km，平均為31.7km，與大興安嶺造山帶莫霍面深度相差4.0～8.0km。以上也進(jìn)一步說明了嫩江斷裂是松遼前寒武紀(jì)地塊與興安古生代地槽褶皺帶的分界線。

總體上，研究區(qū)域莫霍面分布較為規(guī)律，具有明顯的分塊特征，沿大興安嶺重力梯級帶分布的整體趨勢為東側(cè)淺、西側(cè)深，最淺的地方出現(xiàn)在松遼盆地（莫霍面深度為27.0～35.0km），最深的區(qū)域出現(xiàn)在大興安嶺重力梯級帶以西地區(qū)（莫霍面深度為41.0～42.3km）。自東向西依次為幔隆區(qū)、幔隆區(qū)和幔坳區(qū)。

4.2 泊松比分布

泊松比是分析地殼介質(zhì)力學(xué)性質(zhì)的重要指標(biāo)，也是對地殼內(nèi)部物質(zhì)的組分進(jìn)行研究的重要參數(shù)（楊彥明，2017）。根據(jù)相關(guān)學(xué)者的研究結(jié)果（張廣成，2012；李永華等，2006）可知，泊松比值較大暗示地殼中存在流體或者部分熔融的現(xiàn)象；泊松比也可指示石英礦物在地殼組成成分中所占的比例，泊松比σ＜0.24說明地殼介質(zhì)中石英礦物所占比例較大；泊松比σ＞0.25說明地殼介質(zhì)中鐵鎂質(zhì)礦物所占比例較大。因此，地殼泊松比分布可以對研究區(qū)內(nèi)地殼物質(zhì)組分及狀態(tài)進(jìn)行約束（高延光等，2014）。

圖4（b）為使用克里金（Kriging）插值算法計算獲得的研究區(qū)泊松比分布圖。由圖4（b）可見，研究區(qū)域泊松比為0.19～0.33，平均值為0.26，高于全球大陸地殼的平均值0.25（Zandt et al，1995）。臺站HLH、CHR所處的大興安嶺火山巖區(qū)的泊松比略高于周邊地區(qū)，達(dá)到0.28，這2個臺站分別位于哈拉哈河-綽爾河、諾敏河-奎勒河火山區(qū)（趙勇偉，2010），在此均已發(fā)現(xiàn)更新世的玄武巖巖流存在（孫肇春，1959），歷史上多次發(fā)生強(qiáng)烈的火山活動，幔源物質(zhì)或巖漿上涌，地殼溫度升高，幔源物質(zhì)侵入至下地殼或噴發(fā)至地表，導(dǎo)致鐵鎂質(zhì)物質(zhì)含量增加，泊松比較高。此外，松遼盆地泊松比也相對較高，為0.22～0.31，平均值為0.27，高于整個研究區(qū)域的平均值。新生代以來，松遼盆地發(fā)生過多次基性火山巖噴發(fā)（Liu et al，2001），這些熱構(gòu)造事件可能不同程度地改變了該區(qū)域地殼成分，從而造成地殼波速比（泊松比）的變化（危自根等，2012）。相關(guān)地質(zhì)研究表明，松遼盆地沉積層最厚處近10km（Feng et al，2010），分布著不同時期的花崗巖與火成巖（Zhang et al，2010），基性火山巖含SiO2較少，花崗巖中富含鎂鐵質(zhì)成份，兩者均會導(dǎo)致泊松比（波速比）增高。此外，由于H-k算法計算的是包括沉積層在內(nèi)的整個地殼的波速比平均值，而沉積層中的波速比普遍高于沉積層以下地殼中的波速比，因此，松遼盆地較厚沉積層的存在是導(dǎo)致地殼泊松比顯著增大的主要原因（Tao et al，2014）。

總體來說，大興安嶺造山帶及兩側(cè)鄰區(qū)泊松比分布具有較明顯的區(qū)域特征。從地質(zhì)構(gòu)造上看，泊松比出現(xiàn)高值異常的地區(qū)集中在火山巖區(qū)以及具有較厚沉積層的盆地。

4.3 莫霍面深度與地形地貌特征間的相關(guān)性

松遼盆地莫霍面深度為27.0～35.0km，平均深度為31.7km。在大興安嶺重力梯級帶以西的大興安嶺地區(qū)，莫霍面下凹，從36.0km逐漸加深至42.3km，平均深度為36.3km。自西向東莫霍面逐漸抬升，盆地與山區(qū)莫霍面深度相差4.0～8.0km，為了解研究區(qū)域的地形與莫霍面深度之間的關(guān)系，將各臺站所處位置的海拔和莫霍面深度進(jìn)行對比（圖5（a））。海拔數(shù)據(jù)來源于各臺站的基礎(chǔ)資料①以及相關(guān)文獻(xiàn)（Tao et al，2014；柳俊茹，2014）。由圖5（a）可見，研究區(qū)域莫霍面深度分布的整體趨勢為東淺西深，臺站所處位置的海拔與莫霍面深度之間具有較強(qiáng)的正相關(guān)性。

根據(jù)艾里補(bǔ)償模型公式（Turcotte et al，2002）可知，相對高程為h的地殼具有厚度為b的山根，即

圖5 研究區(qū)莫霍面深度與海拔之間的相關(guān)性

其中，ρc為地殼密度，其值為2.67g／cm3；ρm為地幔密度，其值為3.3g／cm3；大興安嶺地區(qū)相對高程為1.0～1.8km（張振法等，2000），根據(jù)艾里模型式（16）進(jìn)行推算，應(yīng)產(chǎn)生4.0～7.6km的山根。此外，張振法（1990）根據(jù)大興安嶺和松遼盆地莫霍面壓強(qiáng)差測算得出的山根補(bǔ)償深度（不包括大興安嶺重力梯級帶）為7.90～8.23km，上述結(jié)論與本文得出的研究區(qū)域莫霍面深度差一致。這說明，艾里補(bǔ)償模式在本研究區(qū)域成立，大興安嶺地區(qū)具有4.0～8.0km的地殼山根，松遼盆地及邊緣具有4.0～8.0km的反山根，莫霍面起伏與區(qū)域地形地貌特征具有顯著的鏡像關(guān)系。

在某種程度上，莫霍面深度與地形之間的相關(guān)性表明了重力均衡狀態(tài)的信息，這可以更好地約束研究區(qū)域的深部結(jié)構(gòu)及其作用（危自根等，2015）。為進(jìn)一步分析研究區(qū)域海拔與莫霍面深度之間的相關(guān)性，將莫霍面深度和臺站高程繪于同一圖上（圖5（b）），對數(shù)據(jù)離散點進(jìn)行線性擬合，得到

其中，H為臺站下方莫霍面深度；E為臺站高程。擬合結(jié)果進(jìn)一步證明了莫霍面深度與高程之間存在正相關(guān)的線性關(guān)系。危自根等（2012）將東北至華北北緣地區(qū)的地殼厚度與地表地形進(jìn)行對比后發(fā)現(xiàn)，研究區(qū)整體上具有地殼隨海拔增加而逐漸增厚的特征。Tao等（2014）給出中國東北地區(qū)的上述線性關(guān)系為

與本文研究結(jié)果一致。Wang等（2014）研究認(rèn)為莫霍面深度與海拔之間存在的正相關(guān)關(guān)系可解釋為海拔的變化由山根厚度作為補(bǔ)償。本文線性回歸曲線的相關(guān)系數(shù)R2約為0.59，R約為0.8，表明該區(qū)域基本處于重力均衡的狀態(tài)。回歸曲線的斜率為7.00，明顯大于由一般大陸地殼所得結(jié)果（回歸曲線的斜率為4.50）（唐新功，2009），表明殼幔密度之差相對較小，殼幔之間可能曾具有較強(qiáng)的相互作用，這與大興安嶺地區(qū)中生代存在顯著且頻繁的巖漿活動的結(jié)果相一致（內(nèi)蒙古自治區(qū)地質(zhì)礦產(chǎn)局，1991；Xu，2007）。

4.4 莫霍面深度與泊松比間的關(guān)系

通常認(rèn)為，由莫霍面深度與泊松比間的關(guān)系可以提取大陸地殼形成和構(gòu)造演化過程的重要信息，構(gòu)造變形模式不同，其莫霍面深度與泊松比間的關(guān)系也不同（嵇少丞等，2009）。已有研究者（高延光等，2014；李永華等，2006；Tian et al，2013）根據(jù)莫霍面深度與泊松比之間的關(guān)系對大陸地殼構(gòu)造演化過程進(jìn)行了研究。

由莫霍面深度與泊松比間的關(guān)系（圖6（a））可見，大興安嶺地區(qū)的莫霍面深度與泊松比間存在顯著的反相關(guān)關(guān)系，即泊松比隨莫霍面深度的增加逐漸變小，與高延光等（2014）、危自根等（2012）的研究結(jié)論一致。從侏羅紀(jì)開始，大興安嶺兩側(cè)構(gòu)造發(fā)生較大變化，東側(cè)由于裂陷逐漸形成伸展盆地；西側(cè)大陸巖石層受擠壓，強(qiáng)烈上隆抬升逐漸形成山地（楊寶俊等，1996）。大興安嶺地區(qū)莫霍面總體上自東向西逐漸變深，泊松比隨莫霍面深度的變化趨勢可能與東側(cè)地殼減薄改造相關(guān)（高延光等，2014）。此外，上地殼以長英質(zhì)為主要成份，上述分析也預(yù)示著大興安嶺在形成過程中地殼增厚主要為上地殼的增厚。

圖6 研究區(qū)不同構(gòu)造單元莫霍面深度與泊松比的相關(guān)性

松遼盆地及周緣地區(qū)莫霍面深度-泊松比關(guān)系與大興安嶺地區(qū)存在顯著的差異，兩者之間未發(fā)現(xiàn)明顯的規(guī)律，莫霍面深度與泊松比間無相關(guān)性，關(guān)系復(fù)雜（圖6（b））。中國大陸地殼具有雙層結(jié)構(gòu)，下地殼以鐵鎂質(zhì)基性巖為主，上地殼以長英質(zhì)酸性巖或者中酸性巖為主（Gao et al，1998）。松遼盆地地殼減薄處主要在下地殼（劉殿秘等，2007），在伸展構(gòu)造作用下，基性下地殼相比長英質(zhì)上地殼發(fā)生較明顯的減薄，從而導(dǎo)致地殼整體泊松比隨莫霍面深度的減小而降低，兩者成正消長關(guān)系（高延光等，2014）；其次，由于拆沉作用，地殼中基性巖石減少，泊松比減小，導(dǎo)致泊松比隨莫霍面深度的增大而降低（嵇少丞等，2009）；再次，自新生代以來，該地區(qū)發(fā)生過多次基性火山巖的噴發(fā)（Liu et al，2001），基性巖漿底侵至下地殼，導(dǎo)致其鐵鎂質(zhì)成份增加，泊松比增大，這可以抵消部分由于拆沉作用所導(dǎo)致的泊松比降低（高延光等，2014）。上述多重作用造成了目前該地區(qū)莫霍面深度與泊松比之間的復(fù)雜關(guān)系，這也意味著在松遼盆地構(gòu)造演化過程中，經(jīng)歷了更為復(fù)雜的地殼改造過程。

5 結(jié)論

本文利用大興安嶺造山帶及兩側(cè)鄰區(qū)（40°～54°N，111°～128°E）分布的固定地震臺站記錄的遠(yuǎn)震波形，通過P波接收函數(shù)反演取得23個地震臺站下方的莫霍面深度和泊松比。同時，從收集到的300個臺站的777個前人研究結(jié)果中篩選獲得277個臺站下方莫霍面深度和泊松比，綜合分析上述2部分?jǐn)?shù)據(jù)，使用克里金插值算法得到研究區(qū)域莫霍面深度與泊松比的分布特征，研究表明：

（1）研究區(qū)域莫霍面深度為25.0～42.3km，平均約為33.5km。莫霍面分布較為規(guī)律，具有明顯的分塊特征，沿大興安嶺重力梯級帶整體分布趨勢為東側(cè)淺、西側(cè)深，由東向西逐漸增厚，依次為幔隆區(qū)、幔隆區(qū)和幔坳區(qū)。

（2）大興安嶺造山帶及兩側(cè)鄰區(qū)泊松比為0.19～0.33，平均值為0.26，大于全球大陸地殼的平均值0.25，總體上看，具有較為明顯的區(qū)域特征。從地質(zhì)構(gòu)造上看，泊松比出現(xiàn)高值異常的地區(qū)集中在火山巖區(qū)以及具有較厚沉積層的盆地。強(qiáng)烈的火山活動、幔源物質(zhì)上涌以及存在較厚沉積物等是導(dǎo)致地殼泊松比顯著增加的主要原因。

（3）研究區(qū)域莫霍面深度分布的整體趨勢為東淺西深，臺站所處位置的海拔與莫霍面深度之間具有較強(qiáng)的正相關(guān)性。艾里補(bǔ)償模式成立，大興安嶺地區(qū)具有4.0～8.0km的地殼山根，松遼盆地及邊緣具有4.0～8.0km的反山根，莫霍面起伏與區(qū)域地形地貌特征間具有顯著的鏡像關(guān)系。

（4）大興安嶺地區(qū)的莫霍面深度與泊松比間存在顯著的反相關(guān)關(guān)系，這可能與東側(cè)地殼減薄改造相關(guān)，也暗示著大興安嶺在形成過程中地殼增厚以占長英質(zhì)成份上的地殼增厚為主。與大興安嶺地區(qū)不同，松遼盆地及周緣地區(qū)莫霍面深度與泊松比之間未發(fā)現(xiàn)明顯規(guī)律，無相關(guān)性。伸展構(gòu)造作用、拆沉作用以及歷史上多次基性火山巖的噴發(fā)等多重作用，導(dǎo)致現(xiàn)今莫霍面深度與泊松比之間存在如此復(fù)雜的關(guān)系。

致謝：感謝中國地震臺網(wǎng)中心提供地震事件目錄。中國地震局地球物理研究所國家測震臺網(wǎng)數(shù)據(jù)備份中心（doi：10.11998／SeisDmc／SN）為本研究提供了地震波形數(shù)據(jù)，朱露培教授提供了接收函數(shù)分析處理程序，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)孫道遠(yuǎn)教授在研究中給予指導(dǎo)和幫助，中國地震局第一監(jiān)測中心鄭智江給予了大力支持，在此一并表示衷心感謝。