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(guó)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(lái)，隨著地震觀測(cè)臺(tái)網(wǎng)越來(lái)越密集，利用地震臺(tái)陣觀測(cè)研究構(gòu)造帶下方速度結(jié)構(gòu)取得了重要進(jìn)展，很多學(xué)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(shì)。然而，目前關(guān)于S波接收函數(shù)的理論研究并不多，同時(shí)S波接收函數(shù)仍舊有相當(dāng)多的缺陷與技術(shù)限制。因此，本文進(jìn)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(jì)算過(guò)程，以及在計(jì)算S波接收函數(shù)過(guò)程中應(yīng)注意的技術(shù)事項(xiàng)。

本文通過(guò)FK算法計(jì)算得到理論地震圖，利用迭代反褶積方法計(jì)算理論接收函數(shù)，從而獲得了接收函數(shù)的計(jì)算過(guò)程以及計(jì)算過(guò)程中應(yīng)該注意的事項(xiàng)。包括用于進(jìn)行S波接收函數(shù)的遠(yuǎn)震事件震中距范圍的選取以及反褶積時(shí)窗的選取范圍。通過(guò)計(jì)算不同震中距，不同轉(zhuǎn)換深度入射角的對(duì)比試驗(yàn)，認(rèn)為在進(jìn)行S波接收函數(shù)過(guò)程中必須要對(duì)S波事件進(jìn)行坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)。

自從學(xué)者將勘探地震學(xué)中應(yīng)用的地震偏移成像方法應(yīng)用到天然地震臺(tái)陣觀測(cè)數(shù)據(jù)的成像以來(lái)，接收函數(shù)成像被廣泛用來(lái)研究臺(tái)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(guò)計(jì)算不同震中距、不同轉(zhuǎn)換深度與射線參數(shù)的關(guān)系，對(duì)傳統(tǒng)共轉(zhuǎn)換點(diǎn)疊加成像方法進(jìn)行了改進(jìn)，結(jié)果顯示，經(jīng)過(guò)改進(jìn)的共轉(zhuǎn)換點(diǎn)疊加成像方法能將轉(zhuǎn)換波振幅歸位到更接近真實(shí)的轉(zhuǎn)換點(diǎn)位置上。

利用布設(shè)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(gè)臺(tái)站近3年記錄的遠(yuǎn)震S波數(shù)據(jù)，以及在華北克拉通西部塊體的23個(gè)臺(tái)站接近兩年的遠(yuǎn)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(guò)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?cè)谖鞑筷憠K的莫霍界面下方探測(cè)到兩個(gè)負(fù)振幅界面，我們分析后認(rèn)為，淺部的負(fù)振幅界面可能是巖石圈中部邊界（MLD），較深的負(fù)振幅界面是巖石圈—軟流圈邊界（LAB），同時(shí)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(shè)的12個(gè)短周期地震臺(tái)在2010年至2012年記錄到的遠(yuǎn)震P波事件計(jì)算了P波接收函數(shù)，通過(guò)共轉(zhuǎn)換點(diǎn)（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(xì)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(cè)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?zé)嵫芯拷Y(jié)果，我們對(duì)華北克拉通破壞模式進(jìn)行了探討。我們認(rèn)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(duì)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(rèn)識(shí)和理解華北克拉通破壞過(guò)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(jī)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