【摘要】：全球和區(qū)域地震層析成像顯示太平洋板塊向西俯沖、滯留在中國東部地區(qū)的地幔轉(zhuǎn)換帶內(nèi),并在上地幔中形成大地幔楔。滯留板塊的脫水,以及大地幔楔中的角流會(huì)造成濕熱的軟流圈物質(zhì)上涌,由此引發(fā)的深部過程導(dǎo)致了中國東北地區(qū)板內(nèi)火山的形成,并造成了華北克拉通的活化,而這又表現(xiàn)為巖石圈的減薄和殼內(nèi)大地震的頻繁發(fā)生。因此,研究華北和東北地區(qū)的殼幔結(jié)構(gòu)對于認(rèn)識(shí)太平洋板塊俯沖所引起的深部動(dòng)力過程有著重要的意義。為此,本文圍繞華北北部地區(qū)的地殼結(jié)構(gòu)和東北地區(qū)的上地幔結(jié)構(gòu)展開了以下三方面的工作:在華北北部地區(qū)地殼結(jié)構(gòu)的研究方面,本文首先利用區(qū)域固定臺(tái)網(wǎng)和華北科學(xué)臺(tái)陣記錄的10461個(gè)近震事件的183909個(gè)Pg波絕對走時(shí)和495753個(gè)相對走時(shí)數(shù)據(jù),采用雙差地震層析成像獲得華北北部(37.5°-41.5°N,111.5°-119.5°E)范圍內(nèi)地殼的三維P波速度結(jié)構(gòu)模型和9108個(gè)中、小地震的震源參數(shù)。取得了以下主要認(rèn)識(shí):(1)重定位后中、小地震的震源深度主要分布在0-22km范圍內(nèi),與重定位前相比震中位置更趨向于沿?cái)嗔炎呦蚓奂?沿張家口-蓬萊斷裂帶地震呈近直立的線性分布,反映了高傾角的深部斷裂;唐山斷裂的北段存在兩簇明顯的震群,推測在唐山斷裂的北段東側(cè)存在一條近NE走向的高傾角斷層。(2)經(jīng)過重新定位后,大部分中、小地震的震源位置分布在低速區(qū)向高速區(qū)過渡的部位,或是低速區(qū)的內(nèi)部。(3)三河-平谷8.0級和唐山7.8級地震震源區(qū)中、下地殼的低速異�？赡苁橇黧w的顯示。(4)結(jié)合前人成果和本文模型所揭示的深、淺結(jié)構(gòu),我們認(rèn)為太平洋板塊在中國東部之下的俯沖和滯留引起板塊脫水、軟流圈物質(zhì)上涌等一系列過程,軟流圈熱物質(zhì)到達(dá)上地幔頂部并沿超殼斷裂上侵進(jìn)入地殼,致使上地幔頂部和下地殼中的含水礦物發(fā)生脫水作用產(chǎn)生流體,流體繼續(xù)上移造成中、上地殼發(fā)震層的弱化,從而導(dǎo)致大地震的發(fā)生;因此華北北部地區(qū)的強(qiáng)震活動(dòng),以及地殼結(jié)構(gòu)的非均勻性應(yīng)是與太平洋板塊俯沖、滯留引起的深部過程密切相關(guān)的。其次,本文收集了華北裂陷盆地內(nèi)40個(gè)測點(diǎn)的石油地震疊加速度資料,經(jīng)常規(guī)處理后得到各測點(diǎn)下方速度隨深度變化的曲線;對9條人工地震測深剖面的解釋結(jié)果進(jìn)行數(shù)字化處理獲得各剖面下方離散的速度數(shù)據(jù);應(yīng)用上述資料和專業(yè)地質(zhì)建模軟件GOCAD構(gòu)建了華北裂陷盆地及鄰區(qū)(115.5°-117.6°E,38.4°-40.75°N)范圍內(nèi)10km深度以上高精度的三維P波速度模型。取得如下一些認(rèn)識(shí):(1)華北盆地為隆坳相間區(qū),從東至西依次是黃驊坳陷、滄縣隆起和冀中坳陷,上地殼速度結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜。(2)盆地區(qū)結(jié)晶基底的埋深變化劇烈,冀中坳陷下最深處可達(dá)10km,沿構(gòu)造走向整體呈西南深、東北淺的趨勢,滄縣隆起下埋深約2-4km,黃驊坳陷下最深處則達(dá)9km,劇烈的基底起伏反映出盆地內(nèi)部不同次級構(gòu)造單元的差異沉降和中、新生代以來強(qiáng)烈的拉張構(gòu)造運(yùn)動(dòng)。(3)太行山、燕山隆起下的基底埋深較盆地區(qū)淺,體現(xiàn)出隆起區(qū)新生代以來的抬升構(gòu)造運(yùn)動(dòng)。(4)本文首次將石油地震疊加速度資料用于華北盆地速度模型的構(gòu)建,與以往用人工地震測深資料得到的模型相比,本文結(jié)果對華北盆地復(fù)雜的上地殼結(jié)構(gòu)刻畫得更為細(xì)致,該結(jié)果可為華北盆地強(qiáng)地面運(yùn)動(dòng)的研究提供可靠的基礎(chǔ)模型,從而為華北地區(qū)的防震減災(zāi)工作提供科技支撐,因此具有重要的意義。在東北地區(qū)上地幔結(jié)構(gòu)的研究方面,本文選取了黑龍江、吉林、遼寧、內(nèi)蒙區(qū)域地震臺(tái)網(wǎng),以及NECESSArray流動(dòng)臺(tái)陣記錄的223個(gè)遠(yuǎn)震事件的波形資料,采用多道波形互相關(guān)方法得到了22569個(gè)P波相對走時(shí)數(shù)據(jù),并計(jì)算了相應(yīng)的走時(shí)靈敏度核,應(yīng)用遠(yuǎn)震有限頻率層析成像方法反演得到中國東北地區(qū)上地幔深達(dá)600km的P波三維速度結(jié)構(gòu)模型,利用采樣密度和檢測板評估了反演結(jié)果的可靠性和分辨率。取得了以下認(rèn)識(shí):(1)松遼盆地下方80-200km的深度上呈主體的低速異常,與這一地區(qū)上地幔淺部的高地溫值和低密度的特征相對應(yīng),可能暗示了部分熔融的地幔。(2)南北重力梯度帶兩側(cè)的速度結(jié)構(gòu)明顯不同,這一差異可以達(dá)到200km深,結(jié)合其它地震學(xué)觀測的結(jié)果表明在中國東北地區(qū)南北重力梯度帶還有可能是一條上地幔內(nèi)部結(jié)構(gòu)的變化帶,或是深部結(jié)構(gòu)的分界線。(3)長白山火山下呈大范圍的低速異常,并可從上地幔淺部延伸到地幔轉(zhuǎn)換帶中,這可能反映了地幔轉(zhuǎn)換帶內(nèi)上涌的熱物質(zhì);推測長白山火山的形成可能是地幔轉(zhuǎn)換帶內(nèi)熱物質(zhì)上涌、太平洋板塊的滯留和脫水,以及俯沖拖拽引起的回流等幾種因素綜合作用的結(jié)果。
【學(xué)位授予單位】：中國地震局地球物理研究所
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：P315.2
【圖文】：

圖 1.1 華北北部地區(qū)構(gòu)造背景圖灰度背景表示地形；藍(lán)色圓點(diǎn)代表公元前780年至今發(fā)生的5.0級以上的歷史地震，震級圖例標(biāo)在下方；深灰色曲線為主要活動(dòng)斷層，紅色曲線分別代表：F1.大青山山前斷裂，F(xiàn)2.夏墊斷裂，F(xiàn)3.唐山斷裂；黑色加粗?jǐn)嗑�勾畫了①冀中坳陷、②滄縣隆起、③黃驊坳陷的位置；

華北北部及東北地區(qū)殼幔結(jié)構(gòu)研究6圖1.2 中國東北地區(qū)構(gòu)造背景圖圖中灰度背景表示地形；白色曲線代表海岸線和省界，深綠色曲線代表南北重力梯度帶（NSGL），深紅色曲線代表赤峰——開原斷裂（CKF），藍(lán)色曲線代表郯廬斷裂（TLF），淺綠色曲線勾畫了松遼盆地的范圍，黑色曲線代表俯沖太平洋板塊的等深線；紅色實(shí)心圓表示深源地震；橙色實(shí)心三角形代表火山：CBV表示長白山火山，JPHV表示鏡泊湖火山，WDLCV表示五大連池火山

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本文編號(hào)：2728558