西太平洋地区岩石圈软流圈边界形态及其性质研究

The topography and velocity gradient of the lithosphere-asthenosphere boundary (LAB) are able to provide direct and effective constraints on the related physical and chemical properties of this boundary. They play important roles in our understanding of the plate tectonics, the lithospheric evolution and the mantle convection. This proposal aims at the properties on the LAB beneath the western Pacific region. The edge of western Pacific region has the amplest earthquake sources with different depths in the world. A large number of stations in various seismic networks from the China Digital Seismic Network, Japanese Hi-net and F-net, Southern California Seismic Network, Northern California Seismic Network, Pacific Northwest Seismic Network to USArray have recorded those earthquakes and accumulated huge data sets in applicable epicentral distances for the studies of LAB beneath the western Pacific region. On the basis of these waveform data, we will employ the methods of combination of the 3D ray tracing and waveform simulation of triplicate arrivals, and receiver function migration and the migration of the N-th root slant stacking to perform comprehensive studies on the properties of LAB beneath this region, including but not limit to, the topography of LAB, the velocity gradient, and the relation between the distribution of LAB depths and the age of plates. Our results will also reveal the effects of hot spots and the dynamic process of subduction zones on the topography of the LAB.

岩石圈软流圈边界(LAB)对板块运动、岩石圈演化和地幔对流过程等均具有非常重要影响，其存在形态及速度梯度分布的研究可以为界面相关的物理和化学性质的确定提供直接而有效约束。西太平洋边缘区具有全球最丰富的各个深度的地震资源，同时中国国家数字测震台网、日本宽带地震台网和高敏感度地震台网、美国西部南加州地震台网、北加州地震台网、西北太平洋地区地震台网以及USArray等流动台网在合适的震中范围内记录了这些地震，积累了大量的地震波形资料。本项目将对地震波形资料进行分频段分析，综合运用三重波至三维射线追踪及相关的波形模拟、接收函数偏移成像和N次根倾斜叠加偏移成像等方法技术，研究西太平洋区域下方LAB深度分布及其速度梯度分布特性，分析LAB深度分布与板块年龄的关系，给出热点地区以及俯冲岛弧区域地球动力学过程对LAB存在形态的影响。

岩石圈软流圈边界(lithosphere-asthenosphere boundary：LAB)是上地幔内具有负速度梯度的地震间断面。不同的俯冲角度和俯冲速度的岩石圈板块及其残留体给地球深部带去的温度异常和物质异常以及由此而导致的脱水和其他挥发份均有差异，从而导致不同的LAB存在深度和存在形态。开展对太平洋俯冲带区域LAB的地震学探测有助于进一步理解岩石圈与软流圈的相互作用以及与板块俯冲相关的地球动力学过程，为认识全球演化过程提供必要的地球物理学参数。. 本项目利用高密度地震台网资料，通过三维射线追踪/波形模拟和倾斜叠加方法提取与LAB以及其他上地幔深部精细结构有关的三重震相或强震相的前驱震相，对LAB以及太平洋俯冲过程中的板块与其残留体对LAB存在形态的影响展开研究，主要发现：1) Lau洋脊北部LAB深度为63km，西北部的LAB深度为77 km，而洋脊南部的LAB深度则为72 km；2)伊豆-小笠原岛弧下方LAB深度位于58~65 km，平均深度为62 km，起伏变化较小(7 km)；3)南美洲西部LAB深度位于60~63 km，平均深度为61 km，起伏为3 km；而东部LAB深度位于78~82 km，平均深度为80.0 km，起伏为4 km。海洋岩石圈出现了明显减薄的现象, 其与太平洋俯冲板块在地球深部持续释放的挥发分物质导致了软流圈出现部分熔融以及弧后地幔楔内小尺度对流的强侵蚀作用密切相关。. 另外，我们还针对俯冲板块及残留体与上地幔顶部低速层存在关系进行了研究，发现青藏高原下方地幔转换区顶部存在厚度为35 km的低速层，P波速度降为3.6-5.2%，其与残留的太平洋板片和俯冲的印度板块的脱水或其他挥发份引起的部分熔融有关。