常利軍 王椿鏞 丁志峰

（中國地震局地球物理研究所，北京 100081）

古老克拉通是地球上相對穩(wěn)定的構(gòu)造單元，通常具有密度和熱流值低、剛性的特點(diǎn)，多具有>200 km的巨厚巖石圈根。然而，華北克拉通是個(gè)例外。相對于世界上其他克拉通，華北克拉通具有獨(dú)特的殼幔結(jié)構(gòu)。基于巖石組成、構(gòu)造樣式、地球化學(xué)特征、同位素年齡及變質(zhì)作用P-T演化方面的差異，華北克拉通分為西部陸塊、東部陸塊和中部帶。西部陸塊也叫鄂爾多斯塊體，具有厚的穩(wěn)定的克拉通型的巖石圈根；相對于長期構(gòu)造穩(wěn)定的西部陸塊，東部陸塊自中生代以來遭受了強(qiáng)烈的改造，發(fā)生了大規(guī)模的構(gòu)造變形、巖漿活動(dòng)和盆地形成，致使其原有的克拉通結(jié)構(gòu)和性質(zhì)遭到明顯的破壞，巖石圈厚度從太古代或原生代的>200 km減小到目前的-80 km；中部帶是西部陸塊和東部陸塊的碰撞造山帶，其東邊界接近南北重力梯度帶。一些研究通過對比南北重力梯度帶兩側(cè)的地殼厚度、地形高度、重力異常、巖石組成認(rèn)為南北重力梯度帶是中生代-新生代華北克拉通減薄的最西界線。然而，中生代-新生代火山活動(dòng)研究表明中部帶也遭受了破壞。有關(guān)華北克拉通破壞的時(shí)間演化和空間分布一直受到廣泛的關(guān)注。諸如克拉通下的上地幔變形和與板塊運(yùn)動(dòng)有關(guān)的軟流圈地漫流等基本特征對理解華北克拉通的演化具有重要的意義。

地震各向異性是一種測量地殼和上地幔變形的有效方法。上地幔各向異性一般被認(rèn)為是由于形變導(dǎo)致地幔橄欖巖中的晶格優(yōu)勢排列引起的，反映了過去和現(xiàn)在的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的大陸下巖石層中的內(nèi)部變形，因此通過各向異性的研究可以推測地球內(nèi)部物質(zhì)運(yùn)動(dòng)模式。橫波分裂現(xiàn)象是各向異性在地震波形記錄中最明顯的表現(xiàn)形式?？觳ㄆ穹较蚝涂臁⒙ǖ臅r(shí)間延遲這兩個(gè)分裂參數(shù)分別反映了地幔變形的方向和強(qiáng)度。因此，各向異性研究不僅可以用來分析板內(nèi)變形特征，而且可以用來探測與板塊運(yùn)動(dòng)有關(guān)的巖石圈或軟流圈變形模式。華北地震科學(xué)臺(tái)陣項(xiàng)目的實(shí)施，使得華北地區(qū)形成了稠密和分布均勻的地震觀測網(wǎng)絡(luò)，并獲得大量高質(zhì)量的寬頻帶數(shù)字地震記錄，使我們能夠深入分析華北上地幔各向異性特征和進(jìn)行動(dòng)力學(xué)研究。

本文對華北地震科學(xué)臺(tái)陣和研究區(qū)內(nèi)區(qū)域地震臺(tái)網(wǎng)的寬頻帶臺(tái)站記錄作遠(yuǎn)震SKS（SKKS）波形資料偏振分析，采用最小切向能量的網(wǎng)格搜索和疊加分析求得每一個(gè)臺(tái)站的快波偏振方向和快、慢波的延遲時(shí)間，獲得華北克拉通上地幔各向異性圖像?！隘B加”分析是提高臺(tái)站SKS波分裂測量質(zhì)量的有效方法，對于干擾背景較大的臺(tái)站，效果尤為明顯。從得到結(jié)果整體看，根據(jù)快波方向趨勢的分布，研究區(qū)基本可劃分為兩個(gè)部分，即華北東部和華北西部。按照快波方向趨勢分布劃分的華北西部主要位于研究區(qū)華北克拉通西部陸塊的南部，而華北東部包括研究區(qū)華北克拉通的東部陸塊、中部陸塊和西部陸塊的北部。華北東部的快波方向趨勢為NWW-SEE，而在華北西部快波方向轉(zhuǎn)為NW-SE方向和NNW-SSE方向。快、慢波時(shí)間延遲范圍是0.50～1.47 s。華北西部的各向異性參數(shù)平均值為（153°±12°，0.75±0.17 s），華北東部的各向異性參數(shù)平均值為（107°±9°，0.98±0.19 s）。整體上，華北西部的快、慢波時(shí)間延遲小于華北東部。在華北東部，快波方向與APM方向基本一致，預(yù)示了NWW向的軟流圈地幔流是引起該區(qū)域上地幔各向異性的主要原因，它使得上地幔橄欖巖等晶體的晶格優(yōu)勢取向沿地幔物質(zhì)流動(dòng)方向，從而導(dǎo)致了NWW趨向的快波方向。華北東部的中部帶與東部陸塊的各向異性特征相同，支持了中部帶在中生代和新生帶也經(jīng)歷了巖石圈的活化過程，巖石圈遭到了破壞。然而，在穩(wěn)定的西部，快波方向既不與絕對板塊運(yùn)動(dòng)方向一致，也不與構(gòu)造走向一致，這種弱各向異性很可能是遺留在古老克拉通的厚的巖石圈內(nèi)的“化石”各向異性。