东亚地区上地幔顶部P_n速度结构的构造动力学意义.pdf

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1、地质Vo1．34，No．4第34卷第4期地震Dec．．20122012年12月SEISM0LOGYANDGEOL0GYdoi：10．3969／j．issn．0253—4967．2012．04．005东亚地区上地幔顶部Pn速度结构的构造动力学意义张国民，汪素云王辉，1)中国地震局地震预测研究所，北京1000362)中国地震局地震预测重点实验室，北京1000363)中国地震局地球物理研究所，北京100081摘要以东亚地区(15。～60。N，60。～145。E)为研究区，通过多种资料渠道收集了研究区内27777次地震在1354

2、个地震台站记录到的296334条P波射线，反演了东亚地区上地幔顶部P速度结构及其横向变化，并进而探讨了P波速度结构横向变化的动力学意义。反演结果给出，东亚地区P波平均速度为8．03km／s。横向变化量从一0．42km／s至+O．41km／s。在研究区内，P速度和横向变化总体上呈现为东、西2个特征性分区。从太平洋板块边界到中国东部(大致为东经108。以东)为P速度偏低区，而东经108。以西为P速度偏高地区。这2个特征性差异分区分别与太平洋板块俯冲和印度洋板块碰撞挤压的动力学背景相一致。无论是东部地区还是西部地区，均显示活动

3、构造区为P速度的相对低值异常区，而构造上稳定地区为P速度的高值异常区。并且在东、西部各自分区中，均呈现为地震活动水平与P速度之间成反向变化关系，显示了P速度横向变化与构造变形和地震活动强度的相关性，P速度的低值异常区往往是构造变形和强震活动活跃的地区。关键词东亚地区P波速度横向变化动力学背景中图分类号：P315．2文献标识码：A文章编号：0253—4967(2012)04—0586—11O引言上地幔顶部P速度结构即是上地幔顶部的P波速度结构。P波是壳内地震震源发出的P波在莫霍(Moho)界面以90。角折射进地幔并沿其顶部

4、的壳幔界面(莫霍面)滑行的波。因此，利用P波的走时记录可以反演岩石圈内壳幔界面上地幔一侧的P速度分布及其横向变化，此即被称之上地幔顶部的P速度结构。上地幔顶部P波速度横向变化的研究，对于了解壳幔速度结构，尤其是上地幔顶部的物性结构、温度结构以及动力学环境都有十分重要的意义。Sonder(1989)给出，岩石圈强度受其莫霍面温度所控制，而温度又反比于岩石中地震波的传播速度，因此上地幔顶部P波速度变化有可能反映岩石圈强度的变化，且与岩石圈的动力学背景和构造活动性相关。挤压型动力学背景[收稿日期]2012—08—06收稿，20

5、12—10—28改回。[基金项目]中国地震局地球物理研究所与蒙古科学院天文与地球物理研究中心的合作项目“远东地区地磁场、重力场及深部构造观测与模型研究”与科技部国际合作项目(2011DFB2012004)、国家自然科学基金(41104058，41104057)共同资助。588地震地质根据Hearn(1991，1996)的方法，将P射线的走时残差(实际观测走时与理论走时之差)用于反演上地幔顶部速度的横向变化。由于P震相的射线路径是从地壳内的震源向下到达莫霍面，并沿上地幔顶部传播，然后折回地壳到达接收台站，所以可将射线路径分

6、为3段，即震源路径、地幔路径和台站路径。其中震源路径是震源至莫霍面的路径，台站路径是莫霍面至台站的路径，这2段路径都是在地壳内传播的，故其走时与地壳厚度、速度及震源深度有关。而地幔路径则是在上地幔顶部传播的，其走时与上地幔顶部速度有关。由于地壳厚度仅几十km，且地壳平均P波速度6．3km／s相对稳定，而地幔路径则长达数百至上千km以上，所以P波走时残差的主体部分是由地幔路径所产生的。将上地幔顶部划分成n个速度网格，P射线的走时残差方程可写成f～+b+∑d式中tij是第i个台站与第个地震之间的走时残差，。是第i个台站的静延

7、迟项，b，是第个地震静延迟项；dijk是第个地震至第i个台站的射线经过第k个速度网格的长度，s是第k个速度网格的慢度(即速度的倒数)变化。用Hearn(1996)的反演程序，反演各网格点上P速度相对于平均速度8．03km／s的横向变化。经过多次试验，采用网格大小为30x30，待求解的慢度阻尼常数取为900。图2为反演结果所给出的P速度横向变化图，图中红色为速度偏低异常区，蓝色为速度偏高异常区，相对于平均速度8．03km／s，速度变化从一0．42km／s至+0．41km／s。为分析图2结果的可靠性，图3给出了用经60次bo

8、otstrap反演得到的速度横向变化误差，图中显示，98％的地区误差不超过0．05km／s，其中射线覆盖密集的地区(占全区70％)误差不超过0．03km／s，最典型的地区如台站密集、射线密度高的中国南北带地区、华北地区和天山地区等。由于速度横向变化的误差基本不超过0．05km／s，所以图2中变化绝对值超过0．1km／