东北地区地壳岩石圈结构及动力学意义

Northeast China (NE China) is bounded by the North China craton (NCC) to the south. It is a key to understanding whether the Northeast China has experienced Mesozoic-Cenozoic lithospheric thinning or not. The uppermost mantle structure beneath NE China is not well constrained so far, evident from considerable variations among different models, thus controversial question persist especially about the estimation of lithospheric thickness beneath the Songliao Basin. Receiver function analysis has been developed as an effective tool for mapping lithosphere-asthenosphere boundary (LAB) in the upper mantle with high resolution. Compared with the NCC, the lithospheric structure beneath NE China is poorly understood. New constraint on the crustal and lithospheric thickness beneath NE China can be derived from S-wave receiver functions with pre-stack Kirchhoff migration method using large data set collected at both dense temporary seismic arrays and the permanent networks in that region. We mainly focus on the lateral variation in the crustal and lithospheric thickness beneath NE China and shed light on dynamic process involved in NE China and adjacent regions.

东北与华北克拉通相邻，其中、新生代是否也经历过岩石圈减薄是凾带解决的核心科学问题之一。现有观测资料揭示的东北地区的上地幔顶部速度结构尚存明显不一致的现象，特别是松辽盆地下方的岩石圈厚度具有较大争议。高分辨的接收函数成像是目前获取岩石圈和软流圈界面比较有效的方法之一。与华北克拉通相比，东北地区岩石圈结构研究程度要低。本项目拟充分利用东北固定台站和宽频带流动台阵观测资料，开展S波接收函数Kirchhoff偏移成像研究，获取地壳和岩石圈结构，为东北及周边地区岩石圈演化的动力学模式提供深部重要的地震学约束。

近年来，基于散射核的接收函数偏移成像取得了较大进展。本项目进一步实现了Kirchhoff积分法与快速行进法（FM3D）相结合的接收函数叠前偏移成像，并进行了理论测试。在测试中，对于给定的复杂模型，采用二维谱元法合成理论接收函数，并基于快速行进法计算3-D走时场，然后进行了偏移叠加成像。测试结果表明，3-D Kirchhoff偏移成像对于30º倾角的倾斜界面具有较好的成像效果。同时，将接收函数3-D Kirchhoff叠前偏移成像方法应用到了东北地区，获得了研究区下方上地幔间断面的起伏形态。结果显示，长白山火山下方410-km和660-km界面均出现下沉，且660-km下沉的幅度要大；而龙岗火山以西地区过渡带厚度存在减薄的趋势。据此推测，板片撕裂引起的热物质上涌和俯冲板片脱水共同为长白山火山提供了深部热源。五大连池火山下方则观测到410-km界面抬升，暗示其成因机制可能与岩石圈拆沉引起的局部对流有关。其次，由于松辽盆地具有较厚的沉积层，导致常规的接收函数H-κ扫描法失效。为此，本项目采用远震波场延拓和分解方法，估算了盆地下方的的沉积层和基岩地壳厚度，以及地壳伸展系数。这与以往研究给出的岩石圈地幔伸展系数较为接近，支持松辽盆地在伸展构造过程中地壳和岩石圈的减薄以纯剪切模式为主。此外，利用中国科学流动台阵远震资料，获得了东北和华北克拉通北部相邻地区的地壳厚度和平均波速比分布图像。结果表明，兴安地块南部平均地壳波速比明显偏低，推测其岩石圈地幔可能已发生拆沉。