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多學(xué)科研究表明華北克拉通從中生代到新生代期間經(jīng)歷了巖石圈減薄、大規(guī)模的巖漿活動(dòng)和構(gòu)造變形，克拉通破壞主要集中在東部塊體，巖石圈較薄，經(jīng)歷多期次的變形和改造，但是華北克拉通破壞的機(jī)制與動(dòng)力學(xué)過(guò)程一直是地學(xué)研究的熱點(diǎn)及難點(diǎn)。相比于速度結(jié)構(gòu)，地震各向異性可以提供地幔變形的信息。S波分裂是目前測(cè)量地震各向異性的常規(guī)和有效的手段之一，但是缺乏深度上的分辨率。地震體波各向異性層析成像可以同時(shí)揭示速度結(jié)構(gòu)和地震各向異性的三維變化，進(jìn)而對(duì)深部殼幔的地球動(dòng)力學(xué)過(guò)程提供約束。

中國(guó)地震局地球物理研究所郭慧麗助理研究員等基于中國(guó)地震科學(xué)臺(tái)陣二期和三期的流動(dòng)臺(tái)站以及固定臺(tái)網(wǎng)數(shù)據(jù)（圖1），利用P波各向異性層析成像方法獲得了華北克拉通及鄰區(qū)的三維P波速度結(jié)構(gòu)、方位各向異性（圖2）和徑向各向異性結(jié)構(gòu)（圖3），Vp速度結(jié)構(gòu)的分辨率約為55km，各向異性結(jié)構(gòu)的分辨率約為110km。

圖1 臺(tái)站分布及遠(yuǎn)震事件分布

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圖2 華北克拉通及周邊地區(qū)的P波方位各向異性結(jié)構(gòu)

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圖3 華北克拉通及周邊地區(qū)的P波徑向各向異性結(jié)構(gòu)

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成像結(jié)果揭示了不同塊體/構(gòu)造的新特征，速度結(jié)構(gòu)和各向異性結(jié)構(gòu)均隨深度變化。（1）FVD（快波方向）在青藏東北緣沿邊界大斷裂呈現(xiàn)弧形過(guò)渡帶，分隔了祁連、阿拉善和華北克拉通西部，青藏高原下方50-200km深度的低速異常和正的徑向各向異性（水平向Vp > 垂向Vp）表明上地幔以水平形變?yōu)橹?。?/span>2）大同火山下方300km深度以上FVD以火山為中心呈現(xiàn)圓形模式，徑向各向異性在中心為負(fù)（垂向Vp>水平向Vp），周?chē)鷦t為正（水平向Vp > 垂向Vp），結(jié)合其下深達(dá)700km低速異常，表明，大同火山是由來(lái)自下地幔的因地幔過(guò)渡帶中俯沖板片垮塌導(dǎo)致的熱上升流引起的，且在其周?chē)嬖诰植克降蒯Ａ鲃?dòng)。（3）華北克拉通東部的各向異性結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜。100-200km深度上FVD在北部以NW-SE為主；中南部顯示一個(gè)較大的圓形模式，從近E-W向變?yōu)?/span>NW-SE向；在該深度上的徑向各向異性為正（水平向Vp > 垂向Vp），結(jié)合顯著的低速異常，可能反應(yīng)了華北克拉通東部薄巖石圈下方的水平地幔流。（4）上地幔和地幔過(guò)渡帶中（300-500km）郯廬斷裂帶兩側(cè)的徑向各向異性存在顯著差異，其西側(cè)為負(fù)（垂向Vp>水平向Vp），說(shuō)明以垂向變形/流動(dòng)為主；其東側(cè)為為正（水平向Vp > 垂向Vp），說(shuō)明以水平變形/流動(dòng)為主。（5）大同下方的低速異常與華北東部下方的低速異常相連，且以水平變形/流動(dòng)為主，結(jié)合華北下方的復(fù)雜各向異性特征，我們認(rèn)為華北東部下方同時(shí)存在水平和垂向的地幔流動(dòng)，大同下方的熱上升流對(duì)華北東部的地幔動(dòng)力學(xué)過(guò)程有貢獻(xiàn)。

該項(xiàng)研究揭示了華北克拉通下方上地幔和地幔過(guò)渡帶速度和各向異性結(jié)構(gòu)的新特征，為深部動(dòng)力學(xué)過(guò)程提供了新認(rèn)識(shí)。相關(guān)成果發(fā)表在國(guó)際期刊Geophysical Journal International上（Huili Guo, Dapeng Zhao, Zhifeng Ding, 2024. Anisotropic tomography and mantle dynamics of the North China Craton, Geophysical Journal International, 236(3), 1455–1470, https://doi.org/10.1093/gji/ggad497），由中國(guó)地震局地球物理研究所基本科研業(yè)務(wù)專(zhuān)項(xiàng)(DQJB22B26)，科技部重點(diǎn)研發(fā)項(xiàng)目(2017YFC1500200）、國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(42074053,41704060)及Japan Society for the Promotion of Science (19H01996)聯(lián)合資助。

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【作者簡(jiǎn)介】

郭慧麗，博士、助理研究員，主要從事地震層析成像和地球內(nèi)部結(jié)構(gòu)研究。E-mail:?guohuili@cea-igp.ac.cn

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