檀玉娟， 段永紅*， 林吉焱,,3， 李瑋， 王高春,3， 李學民，王國法， 鄒長橋， 趙延娜， 周銘

1 中國地震局地球物理勘探中心， 鄭州 450002 2 中國科學院地質(zhì)與地球物理研究所， 北京 100029 3 中國科學院大學， 北京 100049 4 南方科技大學 海洋科學與工程系， 深圳廣東 518055

0 引言

華南大陸東部廣泛分布晚中生代的火成巖(周新民和李武顯，2000)，因其東部瀕臨西太平洋板塊俯沖活動構(gòu)造域，前人很多研究認為火成巖活動受控于古太平洋板塊向華南大陸俯沖而引發(fā)的巖石圈-軟流圈交互作用，據(jù)此提出了如平板俯沖(Li and Li, 2007)、巖石圈消減和玄武巖底侵以及地殼深熔作用相結(jié)合(Zhou et al., 2006；舒良樹和周新民，2002)等模型.然而，相較于典型的大洋消減帶(如馬里亞納和安第斯山)，華南大陸東部地區(qū)缺失島弧構(gòu)造遺跡，以及有限的安山巖和玄武巖等島弧巖漿活動，有些研究認為華南大陸東部的火成巖主要受控于地殼的深熔作用，而受玄武巖漿底侵作用的影響有限(章邦桐等，2005；潘振杰等，2017).這些認識主要源于對地表火成巖化學屬性和時空分布特征的研究.大規(guī)模的火成巖活動同樣會改變地殼的整體物理屬性.

地殼的物理屬性包括地殼厚度、速度結(jié)構(gòu)和泊松比等，它們可以反映地殼的物質(zhì)組成(Christensen and Mooney, 1995)，其空間分布特征可用來約束與物質(zhì)遷移分配有關(guān)的構(gòu)造活動，如玄武巖漿底侵作用導(dǎo)致鐵鎂質(zhì)物質(zhì)添加到地殼會使其更偏基性(嵇少丞等，2009)，而地殼深熔作用會對地殼進行改造使其更偏酸性.其中，SiO2的含量是判別地殼物質(zhì)組成(長英質(zhì)-中性-鐵鎂質(zhì))和構(gòu)造屬性的重要參數(shù)，同時SiO2含量的變化會對常見巖石的速度和泊松比(波速比)產(chǎn)生明顯影響(Christensen, 1996；Hacker et al., 2015).因此，通過估測地殼整體的SiO2含量來判別地殼的屬性，可為華南大陸東部大規(guī)模的火成巖活動的動力學機制提供約束.

地震學方法是揭示地殼的速度和泊松比等物理屬性的主要手段.主動源地震測深剖面結(jié)果顯示華南大陸東部地殼P波速度整體偏低(李培等，2015；蔡輝騰等，2016；Zhang et al., 2013)，缺失基性下地殼(高山，1999).然而主動源地震剖面的覆蓋范圍有限，更大范圍的地殼速度結(jié)構(gòu)需要基于天然源地震觀測的方法來獲得.基于寬頻帶遠震事件的接收函數(shù)方法可用來研究地殼的厚度和平均波速比(Zhu and Kanamori，2000)，已有研究表明華南大陸東部的地殼厚度在28～35 km整體偏薄，地殼平均波速比偏小，大部分地區(qū)小于1.73(趙延娜等，2017；He et al., 2014；Xia et al., 2015；Song et al., 2017；葉卓等，2013；韓如冰等，2019；李海艷等，2021).基于背景噪聲的面波成像方法是獲取大尺度地殼高分辨率橫波速度結(jié)構(gòu)的主要手段(Shapiro et al.，2005；Yao et al., 2008)，已有研究通過該方法對華南大陸東部及周邊區(qū)域的地殼上地幔的橫波速度結(jié)構(gòu)進行了成像(Zhou et al., 2012；Bao et al., 2015；Shen et al., 2013；Zhang et al., 2018, 2020)，然而面波頻散成像對地下界面并不敏感.

面波頻散對地下絕對速度敏感，接收函數(shù)雖對速度約束較弱，但對殼內(nèi)速度界面和波速比結(jié)構(gòu)的橫向變化敏感，基于面波頻散和接收函數(shù)的聯(lián)合反演方法可更好地約束地殼速度結(jié)構(gòu)及其橫向變化(鄭晨等，2016；Li et al., 2018；Deng et al., 2019).本研究利用南昌到泉州的流動寬頻帶地震臺陣和周圍固定臺網(wǎng)的數(shù)據(jù)，開展噪聲成像研究以獲得純路徑的瑞雷波群速度和相速度頻散曲線，聯(lián)合P波接收函數(shù)波形開展聯(lián)合反演獲得每個臺站的下方的地殼橫波速度結(jié)構(gòu).利用地殼平均S波速度和波速比約束華南大陸東部的地殼物質(zhì)組成(SiO2含量)，進而探討區(qū)域大規(guī)?；鸪蓭r活動的動力學機制.

1 構(gòu)造背景

華南大陸位于歐亞大陸東緣，北與華北克拉通、西與青藏高原的松藩甘孜塊體、南與印支塊體相鄰(圖1).華南大陸由揚子和華夏兩個塊體組成，揚子塊體具有新太古代的陸核，華夏塊體有元古代的基底包括武夷—南嶺—云開三個陸核，兩塊體在新元古代沿江紹斷裂碰撞拼合，并形成了江南造山帶(舒良樹，2012；張國偉等，2013).元古代晚期，拼合在一起的華南聯(lián)合古陸發(fā)生裂解，位置可能在原來的縫合帶一線.早古生代沿裂谷帶發(fā)生的陸內(nèi)造山作用使兩個塊體再次聚合，以華夏塊體內(nèi)部(武夷山一帶)廣泛發(fā)育的志留紀花崗巖漿活動為標志(Shu et al., 2015；張國偉等，2013)，早中生代(早-中三疊世期間)華南與印支地塊和華北克拉通碰撞拼合，華南大陸東部在遠程效應(yīng)作用下晚古生代地層強烈褶皺，前泥盆紀構(gòu)造被強烈改造和置換(張芳榮等，2009；Wang et al., 2013).

圖1 (a) 華南大陸大地構(gòu)造簡圖和臺站分布圖.NCC：華北克拉通；ICB：印支地塊；JSF：江紹斷裂帶；ZDF：政和—大埔斷裂帶. (b) 華南大陸東部大地構(gòu)造和地震臺站位置. 三角形表示流動寬頻帶臺陣，黑色為一期，灰色為二期. 正方形表示固定臺站. SEA：東南陸緣火山島弧區(qū)；WYT：武夷山陸內(nèi)造山帶；JNT：江南古陸； DBO：秦嶺—大別造山帶. GJF：贛江斷裂. qz-泉州；nh-寧化；sr-上饒；nc-南昌；wh-武漢Fig.1 (a) The tectonic map of South China Block and station distribution map. NCC: North China Craton; ICB: Indosinian block; JSF: Jiangshan-Shaoxing fault; ZDF: Zhenghe-Dapu fault; (b) The tectonic map and seismic stations in the eastern South China Block. The triangles indicate the locations of temporary array, the black for the Project-I, and the dark for the Project-II. The squares indicate the locations of permanent stations. SEA: Southeast continental margin volcanic island arc area; WYT: Wuyishan intracontinental orogenic belt; JNT: Jiangnan ancient land; DBO: Qingling-Dabie orogenic belt. GJF: Ganjiang fault. qz-Quanzhou; nh-Ninghua; sr-Shangrao; nc-Nanchang; wh-Wuhan.

華南大陸東部現(xiàn)今構(gòu)造格局定型于晚中生代的大規(guī)模火成巖活動.華南大陸東部的火成巖具有明顯的時空分帶特征，按地球化學特征和巖石構(gòu)造組合特征可分為：政和—大埔斷裂以東的晚白堊世(140～90 Ma)浙閩沿海堿性火成巖帶，具殼-?；煸吹牡厍蚧瘜W特征或產(chǎn)出于強烈的殼幔拉張環(huán)境；政和—大埔斷裂以西的中-晚侏羅世(160～140 Ma)武夷山弱過鋁花崗巖帶，火山巖和侵入巖都有分布，地殼深部物質(zhì)的重熔作用明顯；贛江斷裂以西的中-晚侏羅世(180～160 Ma)華南內(nèi)陸強過鋁花崗巖帶，火山巖幾乎不發(fā)育，并發(fā)育花崗穹窿等伸展構(gòu)造，主要產(chǎn)生于地殼上隆的伸展構(gòu)造環(huán)境(周新民和李武顯，2000；孫濤等，2003；Zhou et al., 2006；徐鳴潔和舒良樹，2001).

2 數(shù)據(jù)和方法

2.1 寬頻帶地震臺陣

本研究基于九江—泉州的流動寬頻帶地震臺陣和周圍固定臺網(wǎng)的數(shù)據(jù)開展(圖1).流動臺陣共有46個觀測臺站組成，臺站間距15～20 km，觀測分兩期進行，第一期從江西九江到福建寧化由35個臺站組成(圖1b中黑色三角形)，第二期從福建寧化到福建泉州由11個臺站組成(圖1b中灰色三角形)，每期觀測持續(xù)時間都大于1年.每個觀測點裝配有RefTek-130型數(shù)據(jù)采集器和Guralp-3EPSC(60 s)或3T(120 s)型三分量寬頻數(shù)字地震計.另外，還使用了研究區(qū)域內(nèi)江西、福建和浙江部分固定臺網(wǎng)81個臺站同時期的連續(xù)觀測數(shù)據(jù).

2.2 背景噪聲成像

從地震儀的背景噪聲記錄中經(jīng)過互相關(guān)計算可提取到面波頻散信號(Shapiro and Campillo, 2004；Yao et al., 2006)，進而獲得研究區(qū)域的面波頻散分布特征，即背景噪聲成像方法，其是近年來地震學領(lǐng)域研究和應(yīng)用發(fā)展最快的方向之一.由于該方法不受地震事件發(fā)生的時空限制，每一個臺站即是信號源又是接收點，震源位置精確已知，是研究地殼精細結(jié)構(gòu)的理想手段.數(shù)據(jù)處理的詳細過程參考Bensen等(2007)提出的技術(shù)路徑：首先，進行數(shù)據(jù)預(yù)處理，包括原始數(shù)據(jù)重采樣至1 Hz、去儀器響應(yīng)、去均值、去趨勢、2～60 s帶通濾波、按天分段、時間域one-bit和頻率域譜白化處理等；然后，提取格林函數(shù)，兩兩臺站之間相同時間的數(shù)據(jù)進行互相關(guān)，經(jīng)一年多的數(shù)據(jù)疊加，近似得到兩個臺站之間的地下介質(zhì)響應(yīng)信息，即經(jīng)驗格林函數(shù)(Yao et al., 2006)，其中二期臺陣(圖1中灰色三角形)的互相關(guān)函數(shù)波形如圖2a所示；再后，提取面波頻散曲線，這里采用基于時頻分析的多重濾波方法，圖形化測量面波的群速度和相速度頻散曲線(姚華建等，2004；Yao et al., 2006)，為了后續(xù)聯(lián)合反演的開展，能同時提取群速度和相速度時才會保留，各周期的頻散數(shù)量如圖2b所示；最后進行面波層析成像，對得到的混合路徑頻散采用Occam反演方法，得到各網(wǎng)格單元周期8～30 s的純路徑頻散信息，結(jié)果如圖7所示.

圖2 (a) 二期臺陣的互相關(guān)函數(shù)波形; (b) 周期8～42 s的面波頻散曲線數(shù)量分布Fig.2 (a) The waveforms of cross-correlation function; (b) The numbers of the dispersion curves at period from 8 to 42 s

2.3 接收函數(shù)計算

遠震體波接收函數(shù)中含有豐富的地殼和上地幔間斷面結(jié)構(gòu)信息，常被用來進行殼幔速度界面成像和地殼S波速度結(jié)構(gòu)波形反演等研究(Tian et al.，2021).本文主要計算了華南流動臺陣二期(圖1b中灰色三角形)的接收函數(shù)，一期臺站(圖1b中黑色三角形)和固定臺站的接收函數(shù)參考以前的研究結(jié)果(趙延娜等，2015，2017).首先，從地震儀連續(xù)波形中提取三分量的遠震事件記錄(震級>5.5，震中距30°～90°)；然后，數(shù)據(jù)預(yù)處理，截取遠震事件P波理論到時之前20 s和之后100 s的三分量波形，去均值、去趨勢項、0.05～5 Hz帶通濾波；然后，坐標旋轉(zhuǎn)，將Z-N-E分量根據(jù)后方位角旋到至Z-R-T分量；最后，時間域迭代反褶積的方法(Ligorría and Ammon，1999)計算R分量的接收函數(shù).計算得到的SC40臺站的接收函數(shù)波形如圖5a所示.轉(zhuǎn)換波走時信息受震中矩的影響較大，通過將接收函數(shù)動校正(Yuan et al.，1997)到相同震中距條件下(67°)，疊加后用于后面的聯(lián)合反演.聯(lián)合使用接收函數(shù)中的轉(zhuǎn)換震相和多次波震相，由H-κ網(wǎng)格搜索方法(Zhu and Kanamori，2000)可以估計接收臺站下方的平均地殼厚度和波速比，計算得到的SC40臺站的地殼厚度和波速比結(jié)果如圖5b所示.

2.4 聯(lián)合反演S波速度結(jié)構(gòu)

利用接收函數(shù)和面波頻散聯(lián)合反演來獲取臺站下方地殼的S波速度結(jié)構(gòu)，本文采用基于NA算法的非線性反演方法(Sambridge,1999).初始模型在Voronoi空間內(nèi)隨機產(chǎn)生；地殼速度模型參數(shù)使用B樣條曲線來表示以減少擬合參數(shù)，速度結(jié)構(gòu)包含沉積層、地殼和50 km以上地幔三部分，該區(qū)域沉積層較薄，設(shè)置搜索范圍為0～1 km，地殼厚度可使用接收函數(shù)波形來約束，設(shè)置搜索范圍25～40 km；反演的模型空間搜索范圍見表1，反演的目標是搜索參數(shù)使對應(yīng)的失配值最優(yōu)化.第一步先單獨使用面波頻散曲線進行反演，得到的結(jié)果作為聯(lián)合反演的初始模型，聯(lián)合反演的權(quán)重系數(shù)根據(jù)測試情況設(shè)為0.3(頻散曲線)和0.7(接收函數(shù)).最佳速度模型由擬合度最好的100個結(jié)果平均得到，圖6給出了SC40臺站的反演結(jié)果.

表1 反演設(shè)定的模型參數(shù)空間Table 1 Model parameter space used in the inversion

3 結(jié)果

3.1 噪聲成像結(jié)果及分辨率

如圖2所示，本文獲取到的頻散曲線集中在8～30 s的頻帶范圍內(nèi)，每個周期挑選出的頻散曲線數(shù)目都大于3000條.如圖3所示，位于江紹斷裂上的SNR臺站與流動臺陣之間不同路徑的面波頻散曲線表現(xiàn)出明顯的變化特征，這說明面波頻散對跨構(gòu)造單元的地下介質(zhì)變化較為敏感.圖4給出了15 s周期的有效路徑的分布情況，以及理論測試得到的不同尺度異常體的恢復(fù)能力.對于整個區(qū)域，本文面波頻散的分辨率可達到0.4°；對于流動線性臺陣集中的區(qū)域，分辨率可達0.2°.

圖3 跨構(gòu)造單元不同混合路徑頻散曲線的對比 (a) 雙臺路徑; (b) 相速度頻散曲線; (c) 群速度頻散曲線.Fig.3 Comparison of dispersion curves along different paths (a) The locations of paths; (b) The phase velocity dispersion curves; (c) The group velocity dispersion curves.

圖4 背景噪聲成像結(jié)果的分辨率測試 (a) 周期15 s的相速度頻散路徑分布; (b)—(d) 不同網(wǎng)格大小的檢測板棋盤恢復(fù)測試.Fig.4 Resolution test of ambient noise tomography results (a) The phase velocity dispersion path distribution of period 15 s; (b)—(d) The checkerboard recovery test with different grid sizes.

圖5 (a) SC40流動臺站計算的接收函數(shù)波形, 臺站位置見圖1; (b) H-κ搜索得到的地殼厚度和平均波速比Fig.5 (a) Receiver functions at station SC40, which location is indicated in Fig.1; (b) H-κ grid searching result at station SC40

圖6 SC40臺站聯(lián)合反演的示例 (a) 聯(lián)合反演得到的S波速度結(jié)構(gòu), 其中紅線表示最簡單的地殼初始模型, 灰線表示擬合度最好的100個結(jié)果, 藍線表示最佳模型; (b) 接收函數(shù)的擬合情況, 藍色曲線為反演模型的計算結(jié)果, 紅色曲線為觀測到的接收函數(shù); (c) 頻散曲線的擬合情況, 藍色曲線為反演模型的計算結(jié)果, 紅色曲線 為觀測到的頻散曲線.Fig.6 Joint inversion result graph of station SC40 (a) The S-wave velocity structure obtained from joint inversion. Red line represents the initial model, grey line represents 100 best fitting results, and blue line represents the final model; (b) The fitting of the receiving function, the blue curve indicates the calculated result, and the red curve indicate the observed result; (c) The fitting of dispersion curve, the blue curve indicates the calculated result, and the red curve indicate the observed result.

圖7 面波頻散反演結(jié)果 (a) 周期10 s的群速度分布圖; (b) 周期20 s的群速度分布圖; (c) 周期10 s的相速度分布圖; (d) 周期20 s的相速度分布圖.Fig.7 The results of surface wave dispersion inversion (a) Group velocity map at period of 10 s; (b) Group velocity map at period of 20 s; (c) Phase velocity map at period of 10 s; (d) Phase velocity map at period of 20 s.

3.2 地殼分層S波結(jié)構(gòu)特征

將每個臺站下方獲得的速度結(jié)構(gòu)，進行水平向插值，獲得整個研究區(qū)域的三維S波速度結(jié)構(gòu).為進一步討論速度結(jié)構(gòu)的構(gòu)造指示意義，依據(jù)人工地震P波速度剖面(李培等，2015；蔡輝騰等，2016)和接收函數(shù)地殼厚度(趙延娜等，2015，2017；He et al., 2014)的研究結(jié)果將地殼分為地殼淺層(0～5 km)、上部地殼(6～17 km)和下部地殼(18 km～Moho)三層.地殼淺層的速度結(jié)構(gòu)(圖8a)主要受淺層沉積和斷裂破碎帶的影響，區(qū)域內(nèi)的鄱陽湖盆地、江紹斷裂帶和贛江斷裂、福建西南坳陷帶都表現(xiàn)為相對低速，而浙閩交界的隆起帶則表現(xiàn)為相對高速，地殼淺部Pg波走時成像的結(jié)果也發(fā)現(xiàn)了相似的特征(李培等，2019；林吉焱等，2020).上部地殼速度結(jié)構(gòu)相對均勻(圖 8b)，政和—大埔斷裂以西主體表現(xiàn)為西南部低速和東北部高速的分帶特征，斷裂以東的沿海島弧火山巖區(qū)表現(xiàn)為相對高速的異常.下部地殼速度結(jié)構(gòu)(圖 8c)則表現(xiàn)為明顯的北東走向的條帶狀特征，東南沿海島弧火山巖區(qū)和贛江斷裂以西的地殼上隆區(qū)表現(xiàn)為相對高速，武夷山構(gòu)造帶下方則表現(xiàn)為相對低速，人工地震剖面發(fā)現(xiàn)武夷山的地殼中部存在低速構(gòu)造(李培等，2015；蔡輝騰等，2016).華南大陸東部的北東向條帶特征主要來源下部地殼，全地殼的平均速度結(jié)構(gòu)也體現(xiàn)了類似的特征(圖 8d).

前人的噪聲成像結(jié)果也得到了與本研究相似的地殼速度結(jié)構(gòu)空間變化特征，如沿海區(qū)域下地殼的高速異常和武夷山構(gòu)造帶下地殼相對的低速體(Zhou et al.，2012；Zhang et al.，2018，2020).我們的研究中增加了流動寬頻帶臺陣的觀測數(shù)據(jù)，使對流動臺陣下方地殼結(jié)構(gòu)的約束更為精確.聯(lián)合接收函數(shù)的反演方法可以更好地約束地殼厚度，從而也提高了對地殼速度結(jié)構(gòu)的成像精度.

4 討論

4.1 華南大陸東部地殼地球物理屬性的分帶特征

前人研究結(jié)果表明，華南大陸東部大面積的火成巖活動在空間上表現(xiàn)為近北東向分布的條帶狀特征，在時間上有向大洋一側(cè)逐漸變新的趨勢(周新民和李武顯，2000；周新民，2003；孫濤，2006)，這些特征可能指示其與古太平洋向華南大陸一側(cè)的消減活動相關(guān)(Zhou et al., 2006; Li and Li, 2007).

速度結(jié)構(gòu)的結(jié)果顯示，華南大陸地殼北東向的條帶狀特征主要來源于下地殼.政和—大埔斷裂以東的沿海島弧火山區(qū)整個地殼都表現(xiàn)為相對高速構(gòu)造，該區(qū)域分布有大量的晚中生代玄武巖和晶洞花崗巖體，巖石化學成份也指示含較高地幔成份(周新民和李武顯，2000；徐鳴潔和舒良樹，2001；徐夕生，2008)，說明地殼曾經(jīng)歷了明顯的新生幔源物質(zhì)的添加作用，并顯著改變了地殼的速度結(jié)構(gòu).武夷山帶下部地殼表現(xiàn)為相對的低速構(gòu)造，由于武夷山帶地殼經(jīng)歷了古生代陸內(nèi)造山作用和中生代火成巖作用(舒良樹，2012)兩期強烈構(gòu)造活動的疊加改造，其地殼更趨向于長英質(zhì)演化，整體地殼的平均S波速度(本文)和波速比都偏低(趙延娜等，2015，2017；李海艷等，2021)，地殼底部的P波速度小于6.6 km·s-1(李培等，2015；蔡輝騰等，2016)，缺失高波速的鐵鎂質(zhì)麻粒巖層(VP>7.1 km·s-1)，這些特征意味著華南大陸東部地區(qū)要么沒有發(fā)生過大規(guī)模玄武巖漿底侵作用，要么底侵增厚的下地殼又經(jīng)歷了榴灰?guī)r化和失穩(wěn)拆沉作用.贛江斷裂帶和江紹斷裂帶是明顯的地殼上隆區(qū)(趙延娜等，2017；Song et al.，2017)，區(qū)域內(nèi)發(fā)育的一些小規(guī)模的斷陷盆地中有少量晚中生代的玄武巖薄層分布(徐鳴潔和舒良樹，2001；舒良樹等，2004).贛江斷裂還被認為是一條區(qū)域規(guī)模的晚中生代火山巖線，其西部鈣堿系列火山巖基本不存在，僅發(fā)育強過鋁性的花崗巖(Zhou et al.，2006)，說明贛江斷裂以西區(qū)域地殼未受到幔源物質(zhì)的添加或改造，地殼平均速度與沿海島弧火山區(qū)比相對較低.

地殼平均波速比是反映地殼物理屬性的另外一個重要參數(shù)(Christensen, 1996)，利用波速比可以推測地殼的整體屬性(嵇少丞等，2009).將華南大陸東部地殼平均S波速度和波速比，按照到東南海岸的距離用不同的顏色繪制，得到了圖9所示的結(jié)果.沿海島弧火山區(qū)(圖9a中藍色系點)地殼的平均波速和波速比都要偏高.而武夷山(圖9a中綠色系點)及贛江斷裂以西區(qū)域(圖9a中黃紅色系點)疊加在一起，沒有表現(xiàn)出明顯的分帶特征.只是贛江斷裂以西小部分區(qū)域的地殼平均波速明顯偏低而平均波速比明顯偏高，可能主要是受到鄱陽湖盆地沉積層的影響，因為沉積層的存在會降低地殼平均S波速度和提升平均波速比.

圖9 (a) 華南大陸東部不同區(qū)域地殼平均S波速度和波速比的分帶情況, 不同色彩表示到海岸線的距離； (b) 地殼平均波速比分布結(jié)果(本文結(jié)果和參考趙延娜等，2015，2017)Fig.9 (a) The zonation of average crustal S-wave velocity and velocity ratio in different regions of ESCB, the color indicates the distance from the station to the shore; (b) The map of bulk crustal VP/VS (The results are from this study and Zhao et al., 2015,2017)

4.2 華南大陸東部地殼成份的推測及構(gòu)造意義

SiO2主要以石英形式存在，在地殼常見巖石中含量較高，而在地幔巖石中含量相對較低，其含量對于推測地殼演化和殼-幔相互作用有重要的指示意義(Hacker et al., 2015；Li et al.，2021).由于其偏離其他常見礦物的波速-波速比性質(zhì)(圖10a，Christensen, 1996)，因此可以用地球物理方法較好約束其在地殼中的含量.一般認為全球大陸上地殼平均SiO2含量為67%，中地殼平均SiO2含量為64%，基性下地殼平均SiO2含量為53%，部分地區(qū)可以缺失基性下地殼(Rudnick and Gao, 2003，2014; Huang et al., 2015; Hacker et al., 2015).

圖10 (a) 華南大陸東部地殼物理屬性(淺藍色空心正方形)與地殼中主要巖石礦物(深藍色實心正方形)數(shù)值的對比，巖石礦物縮寫和數(shù)值參考Christensen，1996，1為全球大陸地殼平均值，2為全球島弧地殼平均值，3和4 為兩處海洋地殼; (b) 對華南大陸東部地殼SiO2成分含量的估計Fig.10 (a) Comparison of the crustal physical properties of the ESCB (light blue blank squares) with the values of major rock minerals (dark blue solid squares) in the crust, rock mineral abbreviations and numerical refer to Christensen, 1996. 1-the average values of the global continental crust, 2-the average values of the global island arc crust, 3 and 4 are two marine crusts; (b) The calculated contents of SiO2 in the whole crust of the ESCB

為進一步確認華南大陸東部地殼的物質(zhì)屬性，將研究區(qū)域內(nèi)地殼平均S波速度和波速比數(shù)值與常見巖石礦物的參數(shù)(Christensen，1996)進行了對比，如圖10a所示.另外，還利用相平衡實驗計算，應(yīng)用Perple_X程序(Holland and Powell, 2011)計算了不同地殼巖石組份(全球地殼巖石數(shù)據(jù)庫，Hacker et al., 2015)在大陸地殼平均溫度250 ℃和平均壓力600 MPa條件下的S波速度和波速比等參數(shù)，并與本研究得到的地殼S波速度和波速比結(jié)果進行了比對，進一步估測得到了華南大陸東部區(qū)域地殼平均SiO2含量的分布特征，結(jié)果如圖10b所示.對于大陸地殼的常見巖石組成，溫度對S波速度的影響為dVS/dT=～-0.2 ms-1℃-1、對波速比的影響為dκ/dT=～-0.0015/100 ℃(Christensen and Mooney, 1995；Christensen，1996)，可見對于相對穩(wěn)定的華南大陸東部地殼，地殼平均溫度誤差(假定小于200 ℃)對波速和波速比的影響僅為0.04 km·s-1和0.003.盡管在東南沿海地區(qū)也存在高熱流值的異常區(qū)域，但其范圍較為有限，而且熱流值也相對離散(姜光政等，2016)，指示其異常熱源可能分布在較小的范圍內(nèi).中生代以后華南大陸的構(gòu)造活動已趨于平靜，現(xiàn)今為相對穩(wěn)定的準克拉通狀態(tài)(張國偉等，2013)，因此本文使用全球大陸地殼平均溫度和壓力參數(shù)來估測物質(zhì)組成是可靠的.

對比發(fā)現(xiàn)，華南大陸地殼與全球平均大陸(圖10a中的1)相比明顯更偏長英質(zhì)，地殼整本SiO2的含量分布在60～75wt%，集中分布在65～70wt%范圍.在政和—大埔斷裂以東的東南沿海島弧火山區(qū)(圖10b中的A區(qū)域)，研究結(jié)果顯示地殼平均SiO2含量在60～65wt%之間，是區(qū)域中SiO2含量相對偏低值的區(qū)域.考慮到該區(qū)域地表晚中生代大量的幔源巖漿分布(孫濤，2006)，以及速度結(jié)構(gòu)顯示的中下地殼分布大范圍相對高速異常，指示此區(qū)域中下地殼經(jīng)歷了一定規(guī)模的改造，推測基性幔源巖漿的添加作用使得其地殼成分向偏中性-基性演化.江紹斷裂東段(B區(qū)域)還存有新元古代的蛇綠巖及相關(guān)火山巖，是華夏和揚子陸塊拼合的遺跡(張國偉等，2013)，推測古板塊縫合帶殘留成份影響了地殼的物質(zhì)組成，導(dǎo)致該區(qū)域SiO2含量相對較高.武夷山地區(qū)的地殼SiO2含量在70wt%左右(D區(qū)域)，對比全球大陸地殼的特征，其明顯缺失基性下地殼成份，推測其下地殼在古生代陸內(nèi)造山和中生代火成巖活動中被強烈改造，地殼深部的重熔作用使其往偏長英質(zhì)方向演化.贛江斷裂帶下方地殼SiO2含量有個條帶狀異常(C區(qū)域)，相對武夷山地區(qū)略低，推測其為巖石圈尺度的深大斷裂(鄧平等，2003；Song et al., 2017)，中生代晚期可能發(fā)生了一定的殼-幔物質(zhì)交代作用，從而改變了其地殼屬性，使其地殼SiO2含量相對于兩側(cè)略高.

上述分析得到了華南大陸東部的地殼物質(zhì)組成的信息，結(jié)果指示只有政和—大埔斷裂以東的沿海島弧區(qū)的地殼有明確的來自地幔物質(zhì)交代作用的證據(jù)，推測中生代晚期的玄武巖漿底侵作用只發(fā)生在該區(qū)域；而在武夷山及以西區(qū)域地殼中基本缺失基性下地殼層，推測中生代晚期主要在地殼深熔作用而發(fā)生了大規(guī)模的火成巖活動，地殼物質(zhì)的重熔使熔融的高密度殘余體拆沉或循環(huán)到地幔.綜上，認為古太平洋板塊消減作用對華南大陸東部的影響主要為熱擾動的形式，殼-幔物質(zhì)交代作用僅限于政和—大埔斷裂以東的區(qū)域.

5 結(jié)論

基于流動寬頻地震剖面和固定臺網(wǎng)數(shù)據(jù)，利用接收函數(shù)和噪聲成像等地震學方法，獲得了華南大陸東部的地殼速度結(jié)構(gòu)和平均波速比數(shù)據(jù)，參考實驗室的測量數(shù)據(jù)推測了其全地殼平均SiO2含量的空間分布特征，取得了以下認識：

(1)華南大陸東部地殼政和—大埔斷裂以西的區(qū)域剪切波速度小于3.8 km·s-1，明顯缺失高速下地殼特征.政和—大埔斷裂以東的區(qū)域下地殼速度大部分在3.9 km·s-1以上，具有相對高速下地殼特征；

(2)華南大陸東部平均SiO2含量大部分分布在65～70wt%范圍內(nèi)，整體偏長英質(zhì)，政和—大埔斷裂以西的區(qū)域地殼平均SiO2含量在65～75wt%之間，含量偏高，指示該區(qū)域地殼成分為長英質(zhì)；政和—大埔斷裂以東的區(qū)域地殼平均SiO2含量相較于其西部地區(qū)偏高(60～65wt%)，具有偏基性的下地殼；

(3)綜合上述成像結(jié)果和計算的華南東部大陸地殼平均SiO2含量分布特征，認為古太平洋板塊消減作用對華南大陸東部的影響主要為熱擾動的形式，殼-幔物質(zhì)交代作用僅限于政和—大埔斷裂以東的區(qū)域.

致謝感謝參加野外數(shù)據(jù)采集的每一位同事的辛苦付出.感謝中國地震科學探測臺陣儀器運維中心提供的觀測設(shè)備.感謝兩位審稿專家給出的寶貴意見.