利用面波与重力的联合反演确定中国大陆三维岩石圈速度结构

摘要

中国大陆及其邻近地区位于一个古亚洲洋，古特提斯海，和西太平洋域三角汇聚的独特构造背景，是地球上构造背景最复杂、构造活动最活跃的地区之一。而华北克拉通的中生代-新生代破坏和青藏高原新生代的抬升是中国大陆构造演化历史上两个最重要的构造事件。为了更好地理解中国大陆的岩石圈演化机制，本研究在前人的基础上，通过收集多种数据，包括接收函数数据、面波频散数据、重力数据，对中国大陆进行了面波频散和卫星重力数据的联合反演研究。地震面波频散数据主要对地下岩石的横波速度敏感，而重力数据对地下介质的岩石密度有很好的约束性。为了将两种数据归并统一到同一个联合反演系统中，我们利用了地震波速度和岩石密度之间的经验关系。为了体现两种数据对联合反演模型的贡献，我们引入了地震面波频散数据和重力异常数据对反演模型的权重系数。通过改变权重系数来确定最大程度上同时符合两种数据的反演速度模型，即“最优”反演速度模型。我们从一维速度模型出发，先进行单独面波反演，然后再在单独面波反演的基础上进行面波与重力的联合反演。最终我们得到了一个可靠的空间网格间隔为0.5度的高分辨速度-密度自洽的中国大陆岩石圈三维剪切波速度模型。该模型与已发布的中国区域的速度模型在大的特征上基本一致，但是该模型进一步提高了主要特征的分辨率，并且能够同时比较好地拟合面波和重力数据。为了验证面波与重力联合反演的可靠性，我们进行了面波单独反演和联合反演的模型恢复度分辨率测试。结果显示无论面波单独反演还是联合反演，整个模型空间都有较好的分辨率。但是比较来说，在浅部由于重力数据的加入，联合反演比单独面波反演要好，在深部两者差异不大。表明与单独面波反演相比，加入重力数据的约束能够提高速度模型在浅部的可靠性。最后我们选择联合反演模型中的一些地质特征进行了解释，例如华南地区和上海华东地区。其中华南地区着重讨论了海南地幔柱的热点轨迹问题。我们收集了地球动力学、地质构造和地球化学的证据，发现海南地幔柱和华南板块的相对运动造成华南板块存在一个薄地壳带和高Vs异常，而面波单独反演看不到清晰的该Vs异常条带。可见联合反演得到的模型可以为以后中国大陆岩石圈结构的研究提供重要的参考模型和依据。

目录

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摘要

第1章 绪论

1．1 中国大陆的地质背景

1．2 中国大陆岩石圈结构研究现状

1．3 中国大陆岩石圈结构的总体特征

第2章 面波、重力与接收函数联合成像方法

2．1 背景噪声面波成像方法

2．2 体波接收函数反演方法

2．3 面波频散与接收函数联合反演方法

2．4 面波频散与重力联合反演

2．5 本章小结

第3章 面波和重力联合成像方法在中国大陆的应用

3．1 研究数据

3．2 中国大陆的面波与重力联合反演

3．3 模型恢复度分辨率测试

3．4 本章小结

第4章 中国大陆岩石圈速度模型的综合地质解释

4．1 海南地幔柱的地壳轨迹

4．2 上海华东地区地质解释

4．3 本章小结

5．1 结论

5．2 研究展望

参考文献

致谢

在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果