联合远震P波接收函数和PmP走时确定中国大陆地壳厚度、Vp/Vs波速比和Vp变化

Continental crust,a direct product of geological processes and tectonic modification, has recorded the tectonic history on Earth. Determination of crustal structure of mainland China has important scientific and practical significances for studying continental plate evolution and dynamics as well as understanding earthquake hazards. By statistically analyzing published crustal thickness results of mainland China based on receiver function data so far, we found that in some tectonically active regions in China, crustal thicknesses beneath the same station from different groups could differ by more than 10 km. We plan to add PmP travel times to receiver function data in order to reduce crustal thickness estimate uncertainty caused by complex crustal structure. We will first try to extract PmP travel times from teleseismic S waves through deconvolution and/or from auto-correlation of ambient noise. We will then develop a new stacking method to combine teleseismic P-wave receiver functions and PmP travel times to determine crustal thickness, Vp/Vs ratio, and Vp beneath each available broadband station in mainland China and to map their lateral variations. We hope that the project could be funded as part of the group effort to construct “The China Geophysical Reference Model”initiated by NNSFC.

大陆地壳作为直接被地质构造活动产生和改造的结果，忠实地记录了这些构造演化过程。确定中国大陆现今的地壳结构，对于研究大陆板块演化特性、大陆动力学和地震灾害机理有着重大的科学意义。通过统计分析已发表的利用接收函数方法估计中国大陆的地壳厚度结果，我们发现在构造活动地区同一个地震台站不同研究者得到的地壳厚度差异很大，有的甚至达到10km以上。本项目拟通过加入P波在Moho面的反射震相PmP走时数据来降低因复杂地壳结构造成的接收函数方法对地壳厚度的不确定性，并发展一种新的联合接收函数和PmP走时的叠加方法来同时确定台站下方的地壳厚度、Vp/Vs波速比和Vp，并把它用在中国大陆所有固定和流动宽频地震台站1-2年的波形数据上，从而得到新的更精确的覆盖中国大陆的地壳厚度、Vp/Vs波速比和Vp变化模型。本申请项目希望成为组建“中国区域地震学参考模型”的基金项目之一。

为了减少地震数据反演地壳结构时的多解性，本项目在传统面波频频散和接收函数联合反演方法的基础上，尝试引入PmP走时（TPmP）信息用以约束地壳Vp/Vs比，发展了一种联合面波频散、接收函数和TPmP的带界面的联合反演方法，该方法可以改善现今中国大陆所有固定宽频地震台和流动台下方地壳厚度、Vp/Vs波速比和Vp结果，为中国区域地震学参考模型的地壳及内部界面提供更可靠模型。在本项目的资助下，取得的主要成果如下：.1.发展了基于邻域算法的面波频散、P波接收函数和TPmP的联合反演方法，并得到了鄂西及周边地区地壳上地幔横波速度结构、地壳厚度和Vp/Vs波速比变化；.2.发展了一种直接利用接收函数进行逆时偏移的方法（RF-RTM），该方法不仅可将强烈横向变化结构产生的绕射波准确归位，且无倾角限制；.3.获取了西准噶尔地区上地幔高分辨率三维P波速度模型，结果揭示了准噶尔盆地达布特断裂带西部的高速异常和下部的低速异常；.4.获得了中国大陆东南部地壳-上地幔主要间断面（Moho面、LAB、410-km间断面、660-km 间断面）的三维结构图像，研究结果证实中国大陆东南部存在 29°N 地幔结构分界线；.5.获得了大巴山造山带及邻区三维横波速度模型、地壳厚度和Vp/Vs比值图，结果显示大巴山造山带区域具有显著的厚地壳和高Vp/Vs比值的特征；.6.获取了苏北盆地及周边沉积层和Moho面起伏结构，该结果有利于苏北盆地地热远景区评价。