东北地区上地幔顶部速度结构及各向异性

摘要

中国东北地区经历了复杂的演化过程,由众多小型古板块在中亚造山带附近拼贴而成.晚古生代后,东北与华北、华南等陆块拼合,形成东亚复合大陆.该区地质构造较为复杂,分布着长白山、五大连池等火山.上地幔顶部Pn波速度结构与温度、压力、物质成分的变化等有关,反映了岩石圈强度的变化.由于橄榄石是构成上地幔岩石的主要矿物质,各向异性可以用岩石层在形变过程中引起的橄榄石晶轴的定向排列来解释,即上地慢各向异性反映了岩石形变历史.本文利用中国地震台网、周边全球台网及东北、华北流动台站记录的研究区内大量的Pn震相到时资料，采用Hearn的Pn各向异性层析成像方法，反演了中国东北及其邻区上地幔顶部的速度结构及各向异性。结果显示，东北及其邻区平均Pn波速度为7.97km/s，横向速度变化范围从7.61km/s至8.22km/s，相对于中国大陆的平均Pn速度偏低。长白山火山区，太行山地区，佳木斯地块表现为低速异常，其中长白山火山区速度最低达7.61km/s。分析对比地质和其它地球物理结果，发现本次研究得到的低速区正是现代构造活动及地热活动较为活跃的区域。渤海湾盆地，松辽盆地附近呈现明显的高速，最大可达8.23km/s。这可能是由于盆地内部构造变形相对较弱，岩浆活动也很弱，是构造上的稳定地区。Pn波高低速异常呈NE向排列，与该区构造走向相同。松辽盆地附近各向异性较显著，快波方向呈左旋趋势变化，这可能反映了盆地演化过程中的伸展构造背景。渤海湾附近区域显著的各向异性及旋转变化的快波方向揭示了该地区可能存在岩浆活动。由反演得到的台站延迟可以看出研究区域地壳厚度由西向东变薄。