利用噪聲層析成像方法研究華北克拉通的殼幔速度結(jié)構(gòu)

房立華 吳建平 明躍紅 王未來 王長在 楊 婷

（中國地震局地球物理研究所，北京 100081）

華北克拉通形成于太古代至早元古代，是世界上最古老的陸核之一。與全球多數(shù)克拉通不同的是，華北克拉通形成后，中生代以前一直保持穩(wěn)定。但自中生代以來，特別是在燕山期，華北克拉通東部遭受了強烈的改造，其巖石圈被減薄，或被稱為受到了“去根”作用。由于華北克拉通在全球克拉通中的特殊性，華北的巖石圈減薄問題得到了國內(nèi)外學術界的廣泛注意，對華北克拉通遭受破壞的動力學過程是近年來國際地球科學研究的熱點之一。但目前有關華北克拉通破壞的范圍、破壞機制，以及深部控制因素還存在較大爭議。

為研究華北克拉通的破壞過程和巖石圈減薄機制，以及華北地區(qū)強震的孕震背景，中國地震局地球物理研究所自2006年11月開始在華北地區(qū)開展了大規(guī)模流動地震臺陣觀測，布設了190套寬頻帶地震儀、10套甚寬帶地震儀和50套短周期地震儀。本研究利用華北地震科學臺陣的190個寬頻帶、10個甚寬帶臺、2007年1月至2008年2月的地震背景噪聲數(shù)據(jù)，經(jīng)過重采樣、儀器響應校正、去均值、去傾斜分量、帶通濾波、時間域歸一化和頻譜白化等預處理后，進行互相關計算，提取了瑞利和勒夫波經(jīng)驗格林函數(shù)。經(jīng)過數(shù)據(jù)篩選和質(zhì)量控制，選擇高信噪比的面波經(jīng)驗格林函數(shù)，測量得到了瑞利波和勒夫波的頻散曲線。采用面波層析成像方法得到了華北地區(qū)4～40 s周期的瑞利波群速度、相速度分布圖像和勒夫波的群速度分布圖像。

檢測板測試表明，大部分地區(qū)的分辨率都可以達到0.25o×0.25o。層析成像結(jié)果顯示，短周期的速度分布特征與地表地質(zhì)和構(gòu)造特征基本一致，華北盆地和山西斷陷帶內(nèi)的盆地呈現(xiàn)低速異常，燕山隆起和太行山隆起表現(xiàn)為高速異常；中周期的速度分布圖揭示了華北盆地內(nèi)部隆起和坳陷的空間分布范圍及沉積層的厚度差異。不同類型的面波層析成像結(jié)果基本一致，互相驗證，表明所得結(jié)果是較為可信的。

關于華北克拉通破壞的范圍，一種觀點認為，中國東部克拉通巖石圈減薄主要涉及到大興安嶺—太行山重力梯度帶以東地區(qū)；另一種觀點則認為，克拉通的中部塊體也發(fā)生了巖石圈減薄現(xiàn)象。本研究得到的頻散曲線具有明顯的分區(qū)特征：太行山隆起、燕山隆起和鄂爾多斯塊體東北緣的頻散曲線形態(tài)基本一致，和其它典型克拉通相似；張渤地震帶和山西裂谷盆地的頻散曲線基本一致，接近于埃塞俄比亞裂谷。中西部塊體的平均頻散曲線和其他典型克拉通相似，而東部塊體的頻散曲線和中西塊體存在較大差異，且低于其他典型克拉通，表明東部塊體的地殼受到了強烈的破壞和改造，而中西塊體受改造的程度較低，仍具有穩(wěn)定克拉通的物理性質(zhì)。太行山重力梯度帶的東西兩側(cè)在地形地貌、速度結(jié)構(gòu)、頻散特征、地殼厚度、巖石圈厚度以及地幔過渡帶厚度均存在顯著差異，是劃分華北克拉通破壞空間范圍的一條重要界線，推測華北克拉通的破壞范圍主要在太行山重力梯度帶以東。