華北克拉通是世界上最古老的克拉通之一。自新生代以來(lái)，受青藏高原東北向擠出和太平洋板塊西向俯沖的影響，華北克拉通的巖石圈經(jīng)歷了明顯的改造和破壞。在華北克拉通地區(qū)，一系列的拉張盆地和火山活動(dòng)是深部變形在淺表的直接響應(yīng)。因此，非常有必要開(kāi)展精細(xì)的沉積層和殼幔結(jié)構(gòu)研究，來(lái)揭示華北克拉通巖石圈的構(gòu)造變形和地質(zhì)演化特征。

中國(guó)地震局地球物理研究所徐小明副研究員團(tuán)隊(duì)提取了Rayleigh波相速度和Z/H比曲線，利用基于貝葉斯馬克洛夫鏈的蒙特卡羅非線性聯(lián)合反演方法獲取了華北克拉通的沉積層厚度和S波速度分布（圖1）。

圖1 沉積層厚度和S波速度聯(lián)合反演

研究結(jié)果表明：華北克拉通沉積層厚度和S波速度結(jié)構(gòu)具有明顯的橫向不均勻性；渤海灣盆地、鄂爾多斯盆地和其周?chē)貕q的沉積層結(jié)構(gòu)反映了不同的沉積過(guò)程；低速異常的分布揭示了華北克拉通巖石圈西部被局部修改而東部遭受了大范圍的破壞；大同火山下方顯著的低速異常暗示了軟流圈物質(zhì)上涌，其中一個(gè)水平分支促進(jìn)了華北克拉通東部巖石圈的破壞，而另一個(gè)垂直分支貢獻(xiàn)了大同火山噴發(fā)的巖漿；在中下地殼，大同火山的巖漿有向西北延伸的特征，而高速的上地殼證實(shí)了大同火山為死火山的事實(shí)；根據(jù)深淺部的結(jié)構(gòu)特征，華北克拉通的構(gòu)造變形可能與青藏高原東北向擠出和太平洋板塊西向俯沖有關(guān)（圖2）。

圖2 華北克拉通巖石圈變形示意圖

研究的創(chuàng)新點(diǎn)包括：1. 利用蒙特卡羅非線性聯(lián)合反演方法構(gòu)建了華北克拉通沉積層厚度和巖石圈S波速度模型；2. 對(duì)華北克拉通盆地和地塹的沉積層厚度有了新的認(rèn)識(shí)，揭示了其沉積過(guò)程和變形特征；3. 不僅指出了華北克拉通巖石圈從西向東由局部修改到大范圍破壞的事實(shí)，還新發(fā)現(xiàn)了大同火山下方軟流圈物質(zhì)上涌對(duì)巖石圈破壞的貢獻(xiàn)及其在中下地殼的展布，高速的上地殼揭示了大同火山的活動(dòng)屬性。

研究給出華北克拉通沉積層厚度和三維S波速度模型，對(duì)華北克拉通沉積過(guò)程和巖石圈構(gòu)造變形進(jìn)行了討論。研究結(jié)果可為地表沉積與地震放大效應(yīng)的定量關(guān)系提供參數(shù)，為華北克拉通構(gòu)造變形提供約束，對(duì)華北地區(qū)的防震減災(zāi)工作具有一定的參考意義。成果2022年發(fā)表于學(xué)術(shù)期刊《Seismological Research Letters》（Xu, X.; Li G.; Ding Z.; Huang, X. S-Wave Velocity Structure of the Crust and Upper Mantle beneath the North China Craton Determined by Joint Inversion of Rayleigh-Wave Phase Velocity and Z/H Ratio. Seismol. Res. Lett. 2022, 1-13. doi: 10.1785/0220220014.），受?chē)?guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目（41974100）和聯(lián)合基金（U1839210）共同資助。

【作者簡(jiǎn)介】

徐小明，男，博士，中國(guó)地震局地球物理研究所副研究員，主要從事殼幔結(jié)構(gòu)和各向異性方面的研究。