中國(guó)華南地區(qū)地殼厚度與波速比分布特征及其地質(zhì)意義

楊曉瑜， 李永華*

1 中國(guó)地震局地球物理研究所， 北京 100081 2 中國(guó)地震局震源物理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 北京 100081

0 引言

中國(guó)華南地區(qū)主要指秦嶺—大別造山帶以南、青藏高原以東的中國(guó)南部地區(qū)，主要由揚(yáng)子與華夏地塊構(gòu)成，中間由江南造山帶相隔(Zhao and Cawood, 2012; Zheng et al., 2013；張國(guó)偉等，2013; Zhang et al., 2018).它早期由不同塊體的不斷拼貼，到加里東期完成了華南聯(lián)合古陸的組建(謝竇克和姜月華，1998).中、新生代以來(lái)，受太平洋板塊與歐亞板塊相互作用的影響，華南地區(qū)巖漿活動(dòng)頻繁(Zhou and Li, 2000；于津海等，2002).該區(qū)經(jīng)歷了長(zhǎng)期、多期次的構(gòu)造變動(dòng)，具有復(fù)雜的地質(zhì)構(gòu)造演化歷史(Zhou and Li, 2000；謝竇克和姜月華，1998；張國(guó)偉等，2013).確定其地殼結(jié)構(gòu)、物質(zhì)組成及其橫向變化，將為認(rèn)識(shí)和理解研究區(qū)域的地殼形成、演化及其地球動(dòng)力學(xué)過(guò)程提供重要約束.

數(shù)十年來(lái)，研究人員在該區(qū)開(kāi)展了一系列地球物理探測(cè)與研究工作，采用人工地震(鄧陽(yáng)凡等，2011；Teng et al., 2013)、背景噪聲、面波成像(Zhou et al., 2012; Shen et al., 2016)及接收函數(shù)(黃暉等，2010；沈玉松等，2013；劉云昌等，2019；Ai et al., 2007；He et al., 2013, 2014；Huang et al., 2015；Song et al., 2017)等方法，對(duì)該區(qū)的地殼結(jié)構(gòu)及其橫向變化進(jìn)行了研究.研究顯示，華南地區(qū)地殼厚度由東南沿海的約25 km，向西北的揚(yáng)子地塊逐漸增加到約50 km，其中江漢盆地下方地殼厚度具有明顯的隆起，但不同研究中關(guān)于其隆起的幅度與范圍并不一致(Huang et al., 2015；Song et al., 2017).He等(2013)基于接收函數(shù)H-κ分析研究發(fā)現(xiàn)，江南造山帶具有異常低的地殼波速比(<1.70)，并推測(cè)由于下地殼拆沉導(dǎo)致其地殼物質(zhì)組成以長(zhǎng)英質(zhì)為主.然而，與周邊地區(qū)相比，其地殼厚度并沒(méi)有發(fā)生減薄(He et al., 2013；Song et al., 2017; Guo et al., 2019).接收函數(shù)研究還進(jìn)一步揭示，東南沿海地區(qū)地殼平均泊松比值較高(>0.27)，暗示與晚中生代鐵鎂質(zhì)巖漿的底侵作用有關(guān)(Ai et al., 2007；黃暉等，2010；黃海波等，2014；趙延娜等，2017)，然而基于背景噪聲成像(Zhou et al., 2012；Shen et al., 2016)、重震聯(lián)合反演(Liu et al., 2018)等研究給出的速度結(jié)構(gòu)顯示，與江南造山帶相比，沿海地區(qū)中下地殼部分并沒(méi)有顯著高速物質(zhì)的存在(Chang and Baag, 2007).由此可見(jiàn)，進(jìn)一步對(duì)該區(qū)的地殼結(jié)構(gòu)及其物質(zhì)組成進(jìn)行研究，將為上述爭(zhēng)議問(wèn)題的明晰提供重要依據(jù).

本文利用中國(guó)國(guó)家地震臺(tái)網(wǎng)336個(gè)固定地震臺(tái)站的2009年1月—2018年2月期間記錄的遠(yuǎn)震波形資料(圖1)，采用接收函數(shù)H-κ方法(Zhu and Kanamori, 2000)估算了研究區(qū)的地殼厚度和波速比.首先，通過(guò)與已有的地殼厚度研究結(jié)果進(jìn)行比較，證實(shí)了本文及以往研究結(jié)果的可靠性.這將有助于我們確定臺(tái)站下方地殼結(jié)構(gòu)的橫向變化，從而為揭示研究區(qū)地殼結(jié)構(gòu)及其橫向變化，研究該區(qū)的構(gòu)造演化及動(dòng)力學(xué)過(guò)程提供依據(jù).隨后討論了地殼厚度與重力均衡的相關(guān)性，進(jìn)一步證明了本研究估算地殼厚度的可靠性.最后，我們根據(jù)該研究的地殼平均波速比和泊松比探討了地殼結(jié)構(gòu)的物理性質(zhì)及其演化過(guò)程.

1 數(shù)據(jù)和方法

為獲得華南地區(qū)地殼結(jié)構(gòu)及其橫向變化，本文收集了中國(guó)國(guó)家地震臺(tái)網(wǎng)(國(guó)家測(cè)震臺(tái)網(wǎng)數(shù)據(jù)備份中心，2007；鄭秀芬等，2009)336個(gè)固定臺(tái)站(圖1)，從2009年1月—2018年2月記錄的遠(yuǎn)震波形數(shù)據(jù).對(duì)于臺(tái)網(wǎng)中每個(gè)地震臺(tái)站，我們挑選了震中距在30°～90°之間，震級(jí)>5.5且具有清晰P波初至和高信噪比的遠(yuǎn)震資料用于P波接收函數(shù)的計(jì)算.

圖1 地質(zhì)構(gòu)造背景及地震臺(tái)站分布 (a) 中國(guó)華南地區(qū)構(gòu)造背景，改編自Zheng等(2013)和Zhao和Cawood(2012).藍(lán)色虛線為板塊邊界線.紅色字體中，TLF：郯城—廬江斷裂，JXF：嘉山—響水?dāng)嗔?，XSF：信陽(yáng)—舒城斷裂，XGF：襄樊—廣濟(jì)斷裂， JSF：江山—紹興斷裂，LMSF：龍門山斷裂，ASF：哀牢山—松馬 斷裂； (b) 研究區(qū)臺(tái)站分布(紅色三角形為固定地震臺(tái)站，藍(lán)色三角形為SC-REG、SC-XCO、YN-CUX和HI-QXL臺(tái)站).Fig.1 Geological setting and seismic stations distribution (a) Tectonic setting of South China (modified from Zheng et al. (2013) and Zhao and Cawood (2012)). Blue dashed lines show boundaries between tectonic blocks. TLF: Tancheng-Lujiang fault, JXF: Jiashan-Xiangshui Fault, XSF: Xinyan-Shucheng fault, XGF: Xiangfan-Guangji fault, JSF: Jiangshan-Shaoxing fault, LMSF: Longmenshan fault, ASF: Ailaoshan-Songma fault； (b) Seismic stations in the study area. Red triangles show permanent stations, blue triangles indicate SC-REG, SC-XCO, YN-CUX and HI-QXL stations.

圖2 地震事件分布 藍(lán)色三角形為研究區(qū)域中心，紅色圓圈為地震震源.Fig.2 Epicentre distribution of earthquakes Blue triangle represents the centre of study area, red circles denote seismic events.

本文研究共計(jì)獲得了29724條接收函數(shù)，多數(shù)臺(tái)站接收函數(shù)的數(shù)量約大于110條，其中SN-MIAX臺(tái)站的接收函數(shù)數(shù)量最多，達(dá)到380條，其他臺(tái)站接收函數(shù)數(shù)量至少20條才用于進(jìn)一步的H-κ分析.研究中采用接收函數(shù)H-κ方法(Zhu and Kanamori, 2000)用于計(jì)算每個(gè)臺(tái)站的地殼厚度、地殼平均波速比和泊松比.研究中分別設(shè)定地殼厚度(H)和平均波速比(κ即VP/VS)的變化范圍在20～60 km和1.6～2.1之間，以搜索最優(yōu)的地殼厚度和地殼平均波速比.對(duì)于與Moho界面相關(guān)的轉(zhuǎn)換震相Ps以及多次波震相PpPs和PpSs+PsPs的振幅分別采用了0.7、0.2和0.1的加權(quán)系數(shù).接收函數(shù)H-κ研究中，地殼厚度和平均波速比的計(jì)算依賴于地殼平均P波速度.為方便計(jì)算，本文依據(jù)研究區(qū)已有人工地震探測(cè)結(jié)果(鄧陽(yáng)凡等，2011；Teng et al., 2013)，統(tǒng)一采用P波平均速度為6.3 km·s-1.研究中通過(guò)同一事件波形振幅加權(quán)疊加，對(duì)接收函數(shù)進(jìn)行了H-κ估計(jì)，搜索出最佳地殼厚度和地殼平均波速比，并給出了相應(yīng)的誤差分析.

2 結(jié)果

表1給出了研究區(qū)336個(gè)臺(tái)站的地殼厚度H、平均波速比κ和泊松比υ及其標(biāo)準(zhǔn)差等信息，其中泊松比值由轉(zhuǎn)換公式υ=0.5(1-1/(κ2-1))求出(Christensen, 1996).以HI-QXL臺(tái)站和SC-XCO臺(tái)站為例(圖1b)，圖3表示了它們的接收函數(shù)及H-κ疊加結(jié)果.圖3a和圖3b分別表示HI-QXL臺(tái)站的H-κ疊加結(jié)果和接收函數(shù).其地殼厚度為27 km，波速比顯示1.64，泊松比約0.20.該臺(tái)站共獲得47條接收函數(shù)，波形信噪比較高，Ps、PpPs和PpSs+PsPs三種震相清晰明顯，與之相對(duì)應(yīng)的疊加振幅譜極值區(qū)突出，因此所得的地殼厚度、平均波速比和泊松比等信息較為可靠.同樣，SC-XCO臺(tái)站的H-κ疊加結(jié)果(圖3c)顯示其平均地殼厚度約為44 km，波速比約1.81，泊松比約0.28，共獲得33條接收函數(shù).盡管該臺(tái)站接收函數(shù)(圖3d)的PpSs+PsPs震相較弱，但Ps、PpPs和PpSs+PsPs三種震相疊加振幅譜極值區(qū)突出，所得地殼結(jié)構(gòu)等信息仍然可靠.根據(jù)H-κ方法所獲得的地殼厚度和平均波速比估計(jì)，我們還通過(guò)對(duì)每個(gè)臺(tái)站的地殼厚度和波速比結(jié)果進(jìn)行插值(GMT程序；Wessel and Smith, 1995)，得到了研究區(qū)的地殼厚度和平均波速比分布圖(圖4、圖5).

圖3 接收函數(shù)及H-κ疊加 (a)和(c)分別表示HI-QXL和SC-XCO臺(tái)站的H-κ疊加結(jié)果，圖中白色區(qū)域?yàn)樽畲蟑B加振幅，紅線分別表示Ps、PsPs和PpPs+PsPs震相的H-κ關(guān)系曲線； (b)和(d)分別為其接收函數(shù)結(jié)果，黑色實(shí)線表示Ps震相走時(shí)，黑色虛線分別表示PpPs和PpSs+PsPs震相走時(shí).Fig.3 Two examples of computed receiver functions and H-κ stacking results (a) and (c) Represent H-κ stacking results at stations HI-QXL and SC-XCO, respectively. White regions denote the maximums for the stacking amplitude. Red lines show the relation between H and κ for phases Ps, PsPs and PpPs+PsPs, respectively； (b) and (d) Denote computed receiver functions at these stations. Black solid lines show travel times for phase Ps. Black dashed lines represent travel times for phase PpPs and PpSs+PsPs, respectively.

本研究顯示，該區(qū)的地殼厚度橫向變化劇烈，其整體分布特征與已有研究相似(Ai et al., 2007；Li et al., 2013, 2014；He et al., 2013, 2014；Huang et al., 2015；黃暉等，2010；黃海波等，2014；趙延娜等，2015，2017).即華南大陸沿海地區(qū)地殼厚度較薄，約為25～35 km；揚(yáng)子塊體西部的四川盆地下方地殼厚度較厚，約為37～48 km；松潘—甘孜塊體的地殼厚度最厚可達(dá)60 km；秦嶺—大別造山帶地殼厚度介于31～54 km之間.研究區(qū)地殼厚度整體表現(xiàn)為由西向東逐漸減薄，沿海地區(qū)地殼厚度最薄約至24 km.厚度變化40～50 km過(guò)渡區(qū)域位于松潘—甘孜東南部、秦嶺—大別西北段和四川盆地西緣三界交匯處.其30～40 km過(guò)渡帶分布自秦嶺—大別中段，經(jīng)四川盆地東南邊界，至揚(yáng)子克拉通西南緣，呈現(xiàn)北北東走向.

圖4 華南地區(qū)地殼厚度 (a) 地殼厚度散點(diǎn)分布； (b) 地殼厚度插值結(jié)果.Fig.4 Crustal thicknesses beneath the South China (a) Scatters of crustal thicknesses； (b) Interpolated results to crustal thicknesses.

圖5 華南地區(qū)波速比 (a) 波速比散點(diǎn)分布； (b) 波速比插值結(jié)果.Fig.5 VP/VS ratios beneath the South China (a) Scatters of VP/VS ratios； (b) Interpolated results to VP/VS ratios.

研究區(qū)多數(shù)臺(tái)站(約85%)的地殼平均波速比值都介于1.60～1.85之間，其中秦嶺—大別造山帶地殼平均波速比整體較低，約為1.72；揚(yáng)子克拉通波速比變化較大(1.60～1.95)，其東部地區(qū)平均波速比約為1.67，但其西緣的四川盆地周緣地區(qū)波速比值較大，可達(dá)1.98；華南地區(qū)波速比由西北部的揚(yáng)子克拉通沿華夏地塊東南緣，先降低隨之增高，即波速比呈現(xiàn)西北向東南降低又升高的變化趨勢(shì).

3 討論

3.1 與已有地殼厚度結(jié)果比較

圖6 本研究與CRUST1.0模型的地殼厚度差異Fig.6 Crustal thickness differences between CRUST1.0 model and this study

CRUST1.0(Laske et al., 2013)是最新的全球地殼模型.該模型基于已有主動(dòng)、被動(dòng)源地震探測(cè)結(jié)果，結(jié)合重力反演研究，給出了1° 間隔的地殼厚度和速度結(jié)構(gòu)信息.我們利用matlab軟件中的自然鄰點(diǎn)插值方法對(duì)CRUST1.0模型的地殼厚度進(jìn)行插值，并與本文每個(gè)臺(tái)站所得的地殼厚度結(jié)果進(jìn)行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)作差畫出了兩者的地殼厚度差異(圖6).與本文研究結(jié)果相比較，二者給出的地殼厚度差異不大，研究區(qū)大部分區(qū)域的地殼厚度差在4 km以內(nèi)，但在秦嶺—大別和揚(yáng)子克拉通西段地區(qū)，地殼厚度存在明顯差異.如在西秦嶺地區(qū)，本文研究SC-REG臺(tái)站(圖1b)給出的地殼厚度約48 km，而CRUST1.0給出的地殼厚度約為59 km，二者相差約達(dá)11 km.另外，揚(yáng)子克拉通西緣的YN-CUX臺(tái)站(圖1b)估計(jì)地殼厚度約為40 km，與之對(duì)應(yīng)，CRUST1.0模型顯示約48 km.該臺(tái)站地殼厚度之差相差8 km.

前人(He et al., 2013, 2014)曾經(jīng)采用中國(guó)國(guó)家數(shù)字地震臺(tái)網(wǎng)固定地震臺(tái)站的資料，開(kāi)展了接收函數(shù)H-κ分析，給出了華南地區(qū)的地殼厚度和波速比分布.圖7展示了本文研究結(jié)果與以往研究在同一臺(tái)站的觀測(cè)差異.不同研究中，多數(shù)臺(tái)站的地殼厚度差異都在4 km之內(nèi).與之相似，本文得到的VP/VS與已有研究結(jié)果也非常接近(多數(shù)臺(tái)站VP/VS之差都小于0.1)，由于同樣使用了Zhu和Kanamori(2000)的接收函數(shù)H-κ分析方法，盡管使用的數(shù)據(jù)不盡相同，但是相同臺(tái)站的觀測(cè)結(jié)果差異并不大，這也再次證明了本文研究結(jié)果和以往研究結(jié)果的一致性和可靠性.但是需要指出的是，在個(gè)別臺(tái)站，不同研究給出的地殼厚度差異可達(dá)10 km，如SC-XCO臺(tái)站(圖1b、圖3c)，本文給出的地殼厚度為44 km，而He等(2014) 給出的地殼厚度則約為33 km.對(duì)于這些臺(tái)站，我們仔細(xì)分析了臺(tái)站的接收函數(shù)記錄，確定了可信的地殼厚度與波速比.圖3d給出了位于四川盆地內(nèi)部SC-XCO臺(tái)站的接收函數(shù)，從圖中可以看出Ps轉(zhuǎn)換震相與直達(dá)P波的時(shí)差約為6 s，我們認(rèn)為其地殼厚度為44 km更為可信.該臺(tái)站H-κ分析結(jié)果與He等(2013) 估計(jì)的地殼厚度(約44.5 km)較為一致.

3.2 地殼厚度與重力均衡

華南地區(qū)地殼厚度從西部松潘—甘孜的約56 km，中部四川盆地及其鄰近區(qū)域的約43 km，到整個(gè)東部地區(qū)的約30 km，整體呈西深東淺的變化趨勢(shì).厚度變化30～40 km過(guò)渡區(qū)域分布自秦嶺—大別中段，經(jīng)四川盆地東南邊界，至揚(yáng)子克拉通西南緣，與北北東向武陵山重力梯度帶較為一致.揚(yáng)子克拉通與華夏塊體邊界處，地殼厚度減薄平緩，莫霍面起伏平坦，最大差值變化約為12.5 km.

布格重力異常信息主要包含了地殼內(nèi)部物質(zhì)成分密度不均勻引起的重力異常和莫霍面起伏引起的重力異常，其中莫霍面起伏引起的重力異常信息占主要部分.在大陸地區(qū)，山越高，布格重力異常負(fù)值越大，因此布格重力異常應(yīng)與高程呈負(fù)相關(guān)關(guān)系.圖8a顯示了布格重力(由EGM2008地球重力模型下載，http:∥bgi.omp.obs-mip.fr/data-products/Toolbox/EGM2008-anomaly-maps-visualization)與高程(全球地形起伏模型ETOPO1，https:∥www.ngdc.noaa.gov/mgg/global/global.html)的相關(guān)性.圖中可以看出，布格重力異常與地形呈現(xiàn)明顯的負(fù)相關(guān)性.根據(jù)Airy均衡假說(shuō)，地表山脈越高莫霍面越深形成山根以使地殼應(yīng)力處于平衡狀態(tài)，因此地殼厚度與地形應(yīng)呈正相關(guān).將本研究估算的地殼厚度與基于ETOPO1模型的高程數(shù)據(jù)對(duì)比(圖8b)，兩者呈現(xiàn)正相關(guān)性，進(jìn)一步證明了估算地殼厚度的可靠性.以上討論了布格重力與高程、地殼厚度與高程的相關(guān)性，由此可以推斷，地殼厚度與布格重力異常也應(yīng)呈負(fù)相關(guān)關(guān)系(圖8c).

圖7 接收函數(shù)H-κ結(jié)果比較 (a)和(c) 分別表示本研究與He等(2013)和He等(2014)的地殼厚度之差的絕對(duì)值； (b)和(d)為其地殼平均波速比之差的絕對(duì)值.Fig.7 Comparison of receiver functions H-κ stacking results (a) and (c) Histograms of absolute differences between this study, He et al. (2013) and He et al. (2014) for averaged crustal thicknesses, respectively； (b) and (d) Histograms of absolute differences between averaged VP/VS ratios from sources above.

圖9表示揚(yáng)子克拉通和華夏塊體地區(qū)(以江山—紹興斷裂為界)地殼厚度與高程的相關(guān)性.揚(yáng)子克拉通地區(qū)的數(shù)據(jù)點(diǎn)(藍(lán)色圓圈)分散在擬合線附近，判定系數(shù)為R2=0.40，顯示較弱的正相關(guān)性.華夏塊體地區(qū)的線性擬合結(jié)果顯示判定系數(shù)R2=0.27，相較于揚(yáng)子克拉通地區(qū)，具有更弱的正相關(guān)性.根據(jù)Airy均衡理論，華南地區(qū)地殼厚度的變化并不能夠很好地解釋地形的變化，即呈現(xiàn)明顯的正相關(guān).因此表明，華南地區(qū)地形的均衡補(bǔ)償不僅來(lái)自于地殼深度范圍，也可能與地幔深度下的潛在補(bǔ)償貢獻(xiàn)有關(guān)(Tugume et al., 2012; Frassetto and Thybo, 2013).

3.3 地殼成因與地質(zhì)過(guò)程

本研究利用H-κ疊加分析估算華南地區(qū)的地殼平均波速比，其計(jì)算依賴于統(tǒng)一假定的P波平均速度(6.3 km·s-1).Zandt和Ammon(1995)指出，下地殼中當(dāng)泊松比小于0.26時(shí)，地殼組成以酸性的長(zhǎng)英質(zhì)巖石為主；泊松比介于0.26～0.28之間，地殼組成以中基性巖石為主；而泊松比大于0.28時(shí)，其巖性主要為基性的鐵鎂質(zhì)巖石.根據(jù)地殼波速比與泊松比轉(zhuǎn)換公式(Christensen, 1996)，兩者表現(xiàn)相似的巖性分布特征，即地殼平均波速比從低值(<1.75)到中值(1.76～1.81)和高值(1.81～1.86)，地殼物質(zhì)組成由酸性的長(zhǎng)英質(zhì)巖性、中基性巖石，向基性鐵鎂質(zhì)巖石組成逐漸過(guò)渡；而波速比>1.86時(shí)，則可能與地殼物質(zhì)的部分熔融有關(guān)(Christensen and Mooney, 1995).對(duì)于P波速度范圍為6.0～6.75 km·s-1，地殼波速比的變化很小，不超過(guò)0.05(Zandt and Ammon, 1995)，因此本研究測(cè)量的地殼平均波速比信息可用來(lái)描述地殼的物理性質(zhì)和物質(zhì)組成.

已有研究(Zandt and Ammon, 1995; Kachingwe et al., 2015)表明，大陸地盾/克拉通地區(qū)地殼厚度介于36～42 km，地殼平均波速比約為1.78.本文研究顯示，揚(yáng)子塊體的地殼厚度介于約30～50 km之間，但其地殼平均波速比變化較大(約1.60～1.95).其中四川盆地內(nèi)部多數(shù)臺(tái)站下方地殼平均波速比約為1.71～1.8，與全球大陸克拉通地區(qū)相當(dāng)，暗示其地殼組成以長(zhǎng)英質(zhì)巖性為主；四川盆地周圍地區(qū)地殼平均波速比明顯較高(約1.81～1.95)，暗示其地殼組成以鐵鎂質(zhì)巖石組成為主.導(dǎo)致四川盆地周圍地區(qū)高地殼波速比的原因較多，如克拉通形成過(guò)程中巖漿底侵導(dǎo)致下地殼組分以鐵鎂質(zhì)麻粒巖為主等.揚(yáng)子塊體的東部顯示較低地殼波速比(<1.7)則可能與地表沉積巖的存在相關(guān).

圖8 研究區(qū)地殼厚度、布格重力和高程的相關(guān)性 (a) 布格重力與高程相關(guān)性； (b) 地殼厚度與高程相關(guān)性； (c) 布格重力與地殼厚度相關(guān)性.Fig.8 Correlations of crustal thicknesses, Bouguer gravity and elevations (a) Correlation between Bouguer gravity and elevations； (b) Correlation between crustal thicknesses and elevations； (c) Correlation between Bouguer gravity and crustal thicknesses.

圖9 地殼厚度與高程相關(guān)性 藍(lán)色圓圈和直線表示揚(yáng)子克拉通地區(qū)(以江山—紹興斷裂為界)線性擬合結(jié)果，判定系數(shù)R2=0.40；紅色三角形和直線為華夏塊 體地區(qū)線性擬合結(jié)果，判定系數(shù)R2=0.27.Fig.9 Correlations between crustal thicknesses and elevations Blue circles and solid lines represent linear regression fits within the Yangtze craton bounded by the Jiangshan-Shaoxing fault with coefficient of determination R2=0.40; Red triangles and solid lines are linear regression fits within the Cathaysia block with coefficient of determination R2=0.27.

華夏塊體地殼平均波速比橫向變化比較明顯，其西南部地殼平均波速比值基本上都低于1.73，這一觀測(cè)結(jié)果與以往的接收函數(shù)分析結(jié)果(He et al.,2013, 2014)較為一致，推斷其地殼組成主要以長(zhǎng)英質(zhì)為主.華夏塊體東南段表現(xiàn)為高地殼平均波速比值(約1.77～1.86)，該觀測(cè)結(jié)果與以往的接收函數(shù)研究結(jié)果(Ai et al., 2007; 黃暉等, 2010；黃海波等, 2014；趙延娜等，2017)較為一致，暗示其地殼組成以中基性鐵鎂質(zhì)為主，也可能與地殼中存在流體成分或部分熔融有關(guān)(Chang and Baag, 2007).地殼中流體成分或部分熔融的存在使得S波速度相較于P波速度減小，從而表現(xiàn)較高波速比值.Zhao等(2012)北緯25.8°的東西向S波速度剖面顯示該地區(qū)地殼為高速，且對(duì)剪切波速度較敏感的瑞利波相速度圖同樣顯示為高速(Shen et al., 2016).因此，我們推測(cè)華夏塊體東南段高波速比可能不是由地殼流體或部分熔融所致，而是與晚中生代鐵鎂質(zhì)巖漿底侵作用密切相關(guān).采集于廣東麒麟和浙江西壟等東南沿海地區(qū)的麻粒巖捕虜體都以鐵鎂質(zhì)為特征.這些捕虜體來(lái)源于下地殼或上地幔頂部，且與太平洋板塊西向俯沖到歐亞大陸形成的大陸火山弧環(huán)境有關(guān)(徐夕生等，1999；于津海等，2002).

華夏塊體西南部地殼厚度介于28～36 km之間，地殼平均波速比值基本上都低于1.73，這一觀測(cè)結(jié)果與以往的接收函數(shù)分析結(jié)果(He et al., 2013， 2014)基本一致，推斷其地殼組成主要以中酸性或長(zhǎng)英質(zhì)巖石為主.這與揚(yáng)子塊體(地殼厚度達(dá)40～45 km，波速比約1.60～1.95)形成了顯著的差異.地質(zhì)調(diào)查研究(如周潔等，2015; Wang et al., 2013)表明，研究區(qū)廣泛出露多期次的中生代I-型、S-型和A-型花崗巖，其SiO2含量高達(dá)75%.與全球鐵鎂質(zhì)下地殼(Rudnick and Fountain, 1995)觀測(cè)結(jié)果相比，研究區(qū)地殼物質(zhì)組成以中酸性或長(zhǎng)英質(zhì)巖石為主，則暗示該區(qū)鎂鐵質(zhì)下地殼的缺失.為解釋研究區(qū)中生代花崗巖的廣泛出露，前人提出了多種不同的模型，至少包括：(1)地幔柱模型(如謝竇克等，1996)；(2)與太平洋板塊俯沖相關(guān)的巖石圈伸展(如Chen et al., 2008)；(3)下地殼拆沉模型(如 Wang et al., 2006).從本文研究來(lái)看，一個(gè)成功的模型，至少還應(yīng)該能解釋研究區(qū)薄的地殼厚度和低的地殼波速比(鐵鎂下地殼的缺失).地幔柱的存在將導(dǎo)致形成高的地殼波速比和大的地殼厚度(Chen et al., 2015; Xu et al., 2015)，這一點(diǎn)顯然和本文觀測(cè)不相符；而巖石圈伸展模型可以很好的解釋薄的地殼厚度，但是其很難解釋基性下地殼的缺失.該區(qū)基性下地殼物質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)橹兴嵝缘拇箨懙貧み^(guò)程可能與增厚的地殼發(fā)生拆沉有關(guān)(He et al., 2013).

4 結(jié)論

我們利用P波接收函數(shù)H-κ分析估算了中國(guó)華南地區(qū)的地殼厚度、地殼平均波速比和泊松比.研究區(qū)地殼厚度整體表現(xiàn)為由西北的揚(yáng)子地塊約46 km，向東南沿海的約25 km逐漸減薄，呈現(xiàn)西深東淺的變化特點(diǎn).較厚的地殼形成較深山根使地殼應(yīng)力處于平衡狀態(tài)，與布格重力異常相比表現(xiàn)明顯的負(fù)相關(guān)性，而與地形相比顯示正相關(guān)性.在揚(yáng)子克拉通和華夏塊體地區(qū)，地殼厚度與高程顯示較弱的正相關(guān)，表明華南地區(qū)地形的均衡補(bǔ)償不僅來(lái)自于地殼深度范圍，也可能與地幔深度下的潛在補(bǔ)償貢獻(xiàn)有關(guān).分布自秦嶺—大別中段，經(jīng)四川盆地東南邊界，至揚(yáng)子克拉通西南緣的地殼厚度30～40 km變化過(guò)渡區(qū)域與北北東向武陵山重力梯度帶較為一致.揚(yáng)子塊體地殼波速比變化較大(介于1.60～1.95)，其中在四川盆地內(nèi)部，地殼平均波速比約為1.71～1.8，與全球大陸地盾/克拉通地區(qū)相當(dāng)，地殼組成以長(zhǎng)英質(zhì)巖性為主.但其周圍地區(qū)地殼平均波速比明顯較高(1.81～1.95)，其地殼組成主要表現(xiàn)為鐵鎂質(zhì)，推測(cè)可能是克拉通形成過(guò)程中巖漿的底侵引起下地殼組分以鐵鎂質(zhì)麻粒巖為主.揚(yáng)子塊體東部較低的地殼波速比(<1.7)則可能與地表沉積巖的存在相關(guān).華夏塊體西部地殼較薄，且具有低的地殼平均波速比(1.65～1.75)，暗示該區(qū)基性下地殼物質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)橹兴嵝源箨懙貧さ倪^(guò)程可能與增厚的地殼發(fā)生拆沉有關(guān).而其東南段表現(xiàn)較高地殼平均波速比(約1.77～1.86)，地殼組成以中基性鐵鎂質(zhì)為主，推斷其高的波速比可能不是由地殼流體或部分熔融所致，而是與晚中生代鐵鎂質(zhì)巖漿底侵作用密切相關(guān).

致謝感謝國(guó)家測(cè)震臺(tái)網(wǎng)數(shù)據(jù)備份中心(doi:10.11998/SeisDmc/SN)為本研究提供地震波形數(shù)據(jù).