长白山火山区壳幔S波速度结构研究.pdf

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1、第31卷第4期地震地质VOl_31．No．42009年12月SEISM0LOGYANDGEOL0GYDec．．2009doi：10．3969／j．issn．0253-4967．2009．04．002长白山火山区壳幔S波速度结构研究吴建平明跃红苏伟房立华王未来(中国地震局地球物理研究所，北京100081)摘要利用面波层析成像和远震接收函数方法对长白山地区的地壳上地幔速度结构进行了研究。结果表明：长白山火山区附近存在岩石圈减薄、上地幔软流圈增厚以及上地幔s波速度降低等与上地幔高温物质有关的现象，它表明长白山的岩浆系统一直

2、延伸到上地幔软流圈范围。天池火山区地壳内部存在明显的s波低速层，在离天池火山口较近的WQD台附近，低速层顶部埋深约8km，厚度近20kin，S波最小速度约2．2km／s。在距离天池火山北部50km的EDO台地壳中没有明显的低速层。火山区s波速度结构总体表现出距离天池越近，地壳的／越大，低速层的厚度和幅度增加的特征，表明天池火山口附近地壳内部存在高温物质或岩浆囊。CBS台站不同方位的接收函数及反演结果表明，地表低速层厚度以及莫霍面深度存在随方位的变化。地表低速层在南部方向明显较厚，莫霍面深度在南部天池火山口方向存在小幅

3、度抬升。CBS台站附近特殊的近地表速度结构可能是该台站记录的火山地震波形主频较低的主要因素。天池火山口附近莫霍面的小幅度抬升意味着存在与火山作用有关的壳幔物质交换通道。关键词长白山火山速度结构接收函数中图分类号：P317．6文献标识码：A文章编号：0253-4967(2009)04-0584—140引言长白山火山位于东北裂谷系最外侧的敦化一密山断裂以东地区，近5000年来长白山天池火山发生过多次喷发，其中发生在公元1200年的火山喷发是世界上近2000年以来最大的喷发之一，喷发物的体积达到120km左右(刘若新等，1

4、992，1998；Weieta1．，2004)。根据历史记载，1200年大喷发之后，长白山天池火山又相继发生过3次中小规模的喷发。长白山火山是全球罕见的可能与深震带有关的火山。太平洋板块以9．5cm／a速度和大约25。的角度沿西太平洋海沟向下俯冲，经日本岛、日本海直至中国东北地区的晖春、牡丹江一带，震源深度达到600km左右。长白山与俯冲板块产生的深震带的最近距离约260kin。在板块俯冲带附近，距离俯冲海沟中心线150～200km通常形成火山岛弧，主要是由于俯冲板块在地幔内部发生脱水相变，使上覆岩石固相线降低产生部

5、分熔融造成的。长白山地区火山岩同位素研究表明，火山岩浆源区具有明显受海洋地壳俯冲影响的特征(解广轰等，1988；刘若新等，1998)。人工地震测深结果显示，长白山天池火山区地壳内部存在明显的P波低速度层(张先康[收稿日期]2009—07—14收稿，2009-09-08改回。[基金项目]地震行业专项(20070827)、“十一五”国家科技支撑计划项目(2006BAC01B040101)和地震科学联合基金(106023)共同资助。4期吴建平等：长白山火山区壳幔S波速度结构研究585等，2002；赵金仁等，2003)，异常

6、的最大幅值约4％。汤吉等(1997，2001)利用大地电磁测深方法对长白山天池火山进行了研究，认为天池以北和以东地区存在明显的高导体。尾波Q值结构研究(wueta1．，2006)揭示天池火山口附近Q值比外围地区明显偏低。Zhao(2004)根据全球P波层析成像的结果发现长白山周边地区上地幔存在低速结构，但由于其横向分辨率为5。×5。，无法获得速度结构的细节特征。Lei(2005)利用22个台站的远震P波走时资料对长白山及周边地区的P波速度结构进行了研究，认为上地幔存在低速区，其横向分辨率为2。x2。。尽管层析成像方法

7、获得了很有意义的研究结果，但存在垂向分辨率较低的问题，并且没有涉及S波速度结构的研究。面波层析成像和接收函数方法是地壳上地幔S波速度结构研究的重要方法，在区域构造和火山等研究方面得到了』‘泛应用(刘启元等，1997，2009；吴庆举等，1998；Darbyshireeta1．，2000；吴建平等，200l；Hetlandaeta1．，2004；陈九辉等，2005)。接收函数对剪切波速度的变化特征非常敏感，并能较好地反映地壳内部高温物质产生的s波低速异常特征。本文利用中国东北地区和周边国家的地震台站以及火山区流动地震台

8、站的记录资料，采用面波层析成像方法和接收函数方法，对穿过长白山地区的区域性s波速度结构以及火山区的地壳s波速度结构进行了研究1资料与方法1．1面波层析成像面波层析成像研究采用的资料主要包括：中国国家数字地震台网资料，CDSN台站在东北及华北的观测资料，从美国IRIS获得的中国周边国家数字台站的资料；日本FREESIA台网的部分资料以及2002-