利用层析成像方法研究日本俯冲带地区的速度和各向异性结构

Subduction zones are regions of the oceanic slab including volatile compounds such as water recycling back into the mantle. The subduction process is proved to be closely related to seismogenesis, magma generation and metamorphic transformations.Thus, studying the seismic heterogeneity and anisotropy in subduction zones is of great importance in understanding the evolution and dynamic process within the Earth. Seismic anisotropy provides the important information of the present or past tectonic deformation inside the Earth. However,it is difficult to figure out exactly where and how the anisotropy originates by the shear-wave splitting measurements alone because of its poor resolution in depth.In this study, we will apply the P-wave anisotropic tomography to the crust and upper mantle in subduction zones beneath Japan as derived from local and teleseismic events.The used P-wave travel times of local envents are recorded by Hi-net. And we will get the travel time residuals using multi-channel cross-correlation from the teleseismic seismograms recorded by F-net.The obtained anisotropic tomographic images with high-resolution in depth will be in comparison with the previous tomographyic results,the shear-wave splitting measurements and the geologic structure beneath Japan. The work will improve the understanding of seismic velocity heterogeneity and anisotropy in subduction zones beneath Japan. And the work will provide new seismological evidence to the numerical simulation and metamorphicpetrology in subduction zones.

俯冲带是地球内部物质(例如水)循环的重要组成部分，俯冲过程与地震、火山及岩石的变质改造密切相关。因此，对俯冲带的研究是认识地球内部演化及其动力系统的有效途径。地球介质的各向异性能提供构造块体现今及构造历史时期地球动力学过程的重要信息，但仅用剪切波分裂研究获得的各向异性结构存在着垂向分辨率较差的问题，不能分辨出地幔楔及俯冲板块各部分各向异性结构特征。因此本项目将进一步完善先前的各向异性层析成像程序, 利用Hi-net提供的近震初至P波到时资料， 并利用台站间波形相关 获取F-net远震波形数据的P波相对到时残差, 近震远震联合反演, 对日本俯冲带进行高分辨的P波各向异性层析成像研究, 获取有深度分辨率的俯冲带各向异性结构信息，结合剪切波分裂观测结果进行综合分析，加深人们对日本俯冲带的地下速度横向变化及各部分各向异性结构的了解, 为俯冲带的岩石学及动力学研究工作提供新的地学证据。

大洋板块的俯冲消亡是板块构造理论的重要组成部分。地震层析成像提供了深部俯冲的证据，各向异性记录了俯冲系统的重要动力学信息。申请人发展了P波各向异性层析成像新方法，利用区域地震和远震P波到时数据，对西太平洋俯冲带地区(日本和华北克拉通)进行了研究，获得了这些地区较高分辨率的上地幔P波速度变化及各向异性结构。在日本的弧后地幔楔中，主要存在与海沟垂直的方位快速方向，与板块俯冲引起的地幔流动方向一致；日本火山链下方地幔楔中的低速体主要表现为负的径向各向异性(P波水平速度小于垂向速度)，揭示了岩浆上涌的运动特征。同时结果表明各向异性结构与俯冲板块双层地震带存在着密切联系：无论是年老的冷太平洋俯冲板块还是年轻的热菲律宾海板块内的双层地震带（深度范围为～50km-200km）都表现为正的径向各向异性(P波水平速度大于垂向速度)，我们推测俯冲板块的脱水脆化导致了双层地震带的形成并且使得该区域形成了B型橄榄石，表现为P波正的径向各向异性及在水平面上与海沟平行的方位各向异性,同时水进入到上覆弧前地幔楔也形成了B型橄榄石，也导致了弧前地幔楔表现为与海沟平行的快速方向和正的径向各向异性。我们的各向异性结构结果验证了目前主要的假说：脱水脆化是俯冲板块内双层地震带的形成机制。我们通过P波各向异性层析成像，得到了华北地壳及上地幔的各向异性结构，推断鄂尔多斯克拉通岩石圈可能是通过高程度的热上涌或地幔柱熔融发生垂向生长而形成，区分了华北克拉通东部可能被破坏的岩石圈地幔及其下方的滞留在地幔过渡带上的太平洋板块，认为华北克拉通地区上地幔软流圈的现今流动主要受太平洋板块俯冲的影响。因此，我们的工作表明各向异性结构能够为研究俯冲带内的水分布、地震活动性、岩石圈的形成机制及动力学提供新的地震学证据和思路。