華北克拉通是世界上最古老的克拉通之一，也是科學(xué)家廣泛關(guān)注的重點(diǎn)地區(qū)。前人研究顯示華北克拉通破壞存在明顯東西差異，與太平洋板塊俯沖密切相關(guān)，對于板塊的俯沖形態(tài)、滯留范圍的約束還存在一定爭議。此外，對于研究區(qū)大同火山下方低速異常的深度分布范圍還存在不一致結(jié)果，因而對于大同火山的成因也未有定論。我們?nèi)杂斜匾獙θA北克拉通地區(qū)地幔過渡帶結(jié)構(gòu)開展研究，這對于認(rèn)識太平洋板片俯沖作用、華北巖石圈破壞及地表巖漿活動(dòng)的成因均具有重要意義。

中國地震局地球物理研究所吳慶舉研究員團(tuán)隊(duì)收集中國科學(xué)臺陣項(xiàng)目布設(shè)的區(qū)域?qū)掝l帶密集流動(dòng)臺陣觀測資料，計(jì)算并篩選接收函數(shù)，選用東亞地區(qū)高分辨率FWEA18三維速度模型，采用遠(yuǎn)震P波接收函數(shù)三維Kirchhoff偏移成像方法獲取了華北克拉通中、西部地區(qū)地幔過渡帶間斷面結(jié)構(gòu)高分辨率圖像。

成像結(jié)果顯示（圖1）： 大同火山下方410-km間斷面出現(xiàn)下沉，下沉幅度為10km左右，指示410km深度附近存在高溫異常，可能與太平洋板片在地幔轉(zhuǎn)換帶中停滯脫水引起的小尺度熱物質(zhì)上涌有關(guān)，上涌的熱物質(zhì)為地表巖漿活動(dòng)提供熱源。 渤海灣盆地下方660-km間斷面明顯下沉，且過渡帶厚度大范圍增厚，結(jié)合以往層析成像研究結(jié)果，推測該區(qū)域異常與太平洋俯沖板片在地幔過渡帶中停滯有關(guān)，而重力梯度帶以西過渡帶厚度無明顯異常，推測板片俯沖前緣在華北克拉通地區(qū)沒有越過重力梯度帶。漢諾壩火山以北觀測到小范圍660-km間斷面下沉以及地幔過渡帶厚度 增厚，分析認(rèn)為與俯沖板片在重力梯度帶轉(zhuǎn)折處越過梯度帶滯留在地幔轉(zhuǎn)換帶中有關(guān)。此外，秦嶺大別造山帶區(qū)域也觀測到局部的地幔過渡帶增厚現(xiàn)象，推測是下?lián)P子地區(qū)巖石圈拆沉進(jìn)入過渡帶以及太平洋板片俯沖、停滯的共同作用。

圖1 華北克拉通中、西部地區(qū)地幔過渡帶間斷面結(jié)構(gòu)高分辨率圖像

本研究的創(chuàng)新主要體現(xiàn)在：應(yīng)用最新發(fā)展的接收函數(shù)三維偏移成像方法和東亞地區(qū)高分辨率三維速度模型，從方法上提高成像分辨率；應(yīng)用Bootstrap方法估計(jì)成像結(jié)果誤差，定量分析了成像的可靠性；在秦嶺大別地區(qū)觀測到660界面下沉以及過渡帶增厚現(xiàn)象，推測俯沖板片可能越過重力梯度帶并且俯沖角度發(fā)生改變；成像結(jié)果約束了俯沖板片主體滯留在重力梯度帶以東，大同火山巖漿活動(dòng)可能與板片的末端效應(yīng)有關(guān)。

研究成果2024年發(fā)表于學(xué)術(shù)期刊SCIENCE CHINA Earth Sciences（Zhu, M., Wu, Q., Ning, J. and Zhang, R., 2024. Structure of the mantle transition zone in the central and western parts of the North China Craton using the receiver function 3D Kirchhoff migration method. Science China Earth Sciences, 67(9), pp.2783-2795），受國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（42030310）、中國地震局地球物理研究所基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)項(xiàng)目（DQJB23K42）和國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（41874073）共同資助。

【作者簡介】

第一作者：朱敏，助理研究員。主要研究方向是地球內(nèi)部結(jié)構(gòu)、地震臺陣、地震定位等。

通訊作者：吳慶舉，研究員。主要研究方向是地球內(nèi)部結(jié)構(gòu)及動(dòng)力學(xué)。