用接收函数与面波方法研究华北、扬子克拉通深部结构

摘要

中国东部(扬子、华北)克拉通岩石圈减薄是我国乃至全球大陆地质演化过程中的重要事件,探测克拉通的壳幔结构,揭示其内部构造和变形差异,将为我们了解克拉通的演化提供重要的深部证据。
　　 本文首先对全球克拉通的壳幔结构、形成演化及华北、扬子克拉通的地质与地球物理学研究进展进行了系统的总结和回顾。
　　 论文还从接收函数、面波的基本概念、数据预处理、反演等方面出发,简要阐述了接收函数、面波、接收函数与面波联合反演研究的基本原理和方法。
　　 本文研究利用华北科学台阵及中国地震测震台网在华北、扬子克拉通布设的宽频带地震台站记录到的远震波形数据,通过采用接收函数、面波方法,获取克拉通不同块体的壳幔S波速度结构和各向异性分布特征,并以扬子、华北克拉通形成与演化过程为例,探讨中国东部大陆克拉通演化的可能机制。
　　 本文研究表明:
　　 1)扬子西缘地区地壳厚度、波速比、下地壳及上地幔顶部S波速度变化的分界线与小江断裂和红河断裂基本吻合。现今的思茅块体和保山-腾冲块体具有相似的地球物理场特征,其在大地构造上应归属于冈瓦纳板块,而红河断裂带则构成了扬子克拉通的西部边界。
　　 2)扬子西缘,尤其是红河断裂以西的腾冲-保山地块和思茅地块的下方存在下地壳低速层,且具有高的地壳平均Vp/Vs值。这意味着该区下地壳的物质易于发生塑性流动,研究区地壳厚度的变化可能主要与下地壳的物质流动有关。
　　 3)壳幔S波速度结构研究显示,从上扬子→扬子克拉通东部→华北克拉通中部陆块→华北克拉通东部,其岩石圈厚度逐渐减薄,与华北克拉通西部的鄂尔多斯块体相比,中国东部大陆克拉通不同块体的岩石圈厚度明显要薄；本文研究还显示,在地壳部分,上扬子的下地壳S波速度与典型克拉通区域相当；华北克拉通中、东部陆块的下地壳S波速度与大陆裂谷地区相当；而扬子克拉通东部地区介于二者之间。在岩石圈地幔部分,S波速度最高的上扬子地区,较Ak135模型要高～2％,较全球太古宙大陆克拉通要低～3％；S波速度最低的华北克拉通中、东部陆块则较Ak135模型要低2-3％；扬子克拉通东部地区与Ak135模型相当。中国东部(扬子、华北)克拉通不同块体岩石圈地幔S波速度的差异可能与其温度及物质组成相关。
　　 4)面波各向异性分析揭示,上扬子地区可能存在多层各向异性,其岩石圈内部水平向的各向异性为大陆“克拉通化”过程中的遗迹,200km以下软流圈部分的各向异性可能反映了现今的板块运动；而在扬子东部,其径向各向异性研究虽然并不能排除岩石圈各向异性的存在,但是可以确定径向各向异性主要分布在软流圈部分,该区观测到的SKS分裂主要与现今软流圈内的应力相关。
　　 5)扬子克拉通岩石圈/软流圈内水平向的各向异性的存在,暗示地幔柱导致克拉通破坏的可能性小,中国东部大陆克拉通的破坏可能主要与太平洋板块的俯冲及印度-欧亚碰撞有关。此外,中国东部克拉通不同块体的壳幔速度结构差异还暗示,华北与扬子克拉通自早古生代以来的持续俯冲碰撞作用对中国东部岩石圈减薄有一定影响。

目录

文摘

英文文摘

第一章 引言

1.1 研究目的和意义

1.2 克拉通的结构

1.2.1 克拉通的地震学结构特征

1.2.2 克拉通的热结构特征

1.2.3 克拉通的岩石化学结构

1.3 克拉通的形成与演化

第二章 华北、扬子克拉通概况与研究现状

2.1 华北、扬子克拉通地质概况

2.1.1 华北克拉通

2.1.2 扬子克拉通

2.2 已有的深部地球物理研究

2.2.1 地壳结构

2.2.2 岩石圈厚度

2.2.3 上地幔各向异性

2.2.4 上地幔过渡带

2.2.5 地震活动与构造应力场

2.3 中国东部克拉通岩石圈减薄研究存在的问题

2.3.1 中国东部克拉通破坏的程度

2.3.2 中国东部克拉通破坏的原因与结果

第三章 接收函数和面波联合反演

3.1 接收函数

3.1.1 接收函数提取

3.1.2 地壳厚度与地壳平均泊松比估计

3.1.3 接收函数反演

3.2 地震面波

3.2.1 地震面波与频散

3.2.2 面波频散的测量方法

3.2.3 面波频散反演

3.3 接收函数与面波联合反演

第四章 利用接收函数和面波联合反演扬子克拉通西缘及邻区壳幔结构

4.1 研究区地质背景

4.2 资料与数据

4.2.1 远震资料与接收函数提取

4.2.2 面波频散

4.3 接收函数扫描(H-k)分析

4.4 接收函数线性反演台站下方S波速度结构

4.5 接收函数与面波联合反演

4.6 扬子西缘及邻区壳幔结构

4.6.1 地壳厚度

4.6.2 地壳上地幔S波速度结构

4.6.3 地壳泊松比

4.7 讨论与结论

第五章 用地震面波方法研究扬子克拉通壳幔速度结构

5.1 数据与面波频散测量

5.1.1 地震资料

5.1.2 单台群速度的测量

5.1.3 双台群速度的测量

5.1.4 双台相速度的测量

5.2 面波频散结果分析

5.3 面波频散反演与1-D壳幔S波速度结构

5.3.1 面波频散反演

5.3.2 1-D壳幔SV速度模型

5.4 地震面波各向异性

5.4.1 径向各向异性

5.4.2 方位各向异性

5.5 结论

第六章 利用Rayleigh面波研究华北克拉通壳幔结构

6.1 数据与频散测量

6.1.1 地震资料来源

6.1.2 面波频散测量

6.2 面波频散结果分析

6.3 面波频散反演与壳幔S波速度结构

6.3.1 面波频散反演

6.3.2 壳幔S波速度结构

6.4 讨论

6.4.1 华北克拉通中、东部陆块Vs对比及地质意义

6.4.2 中国东部克拉通岩石圈/软流圈边界

6.4.3 中国东部克拉通岩石圈Vs、温度、成分

6.4.4 中国东部克拉通破坏的影响因素

6.5 结论

第七章 结论

7.1 扬子克拉通西缘及邻区壳幔结构

7.2 扬了克拉通壳幔速度结构

7.3 华北克拉通壳幔结构

7.4 中国东部克拉通的形成与演化

参考文献

作者简历、在学期间研究成果及发表文章

致谢