华南地区上地幔波三维速度结构和动力学意义来

0 引言

已有的岩石学和地球化学的研究表明，华南块体经历了漫长而复杂的构造演化(Wu et al., 2006; Zheng et al., 2007).华南块体位于欧亚板块东部，受到太平洋-菲律宾海俯冲系统作用，在显生宙期间经历了多方面的板块构造与陆内构造(Seno and Maruyama, 1984; Hall et al., 1995; Okino et al., 1999; Gripp and Gordon, 2002; Li and van der Hilst, 2010; Zhang et al., 2013).现在的华南块体，主要由扬子克拉通(Yangtze Craton)和华夏块体(Cathaysia Block)构成.这两个块体的碰撞发生在大约0.88 Ga.(Li et al., 2009).碰撞后，两个块体也经历了不同的演化过程.相比于扬子克拉通的构造演化，华夏块体在ca.140～90 Ma期间发生了更加活跃的岩浆活动(Li, 2000).岩浆活动可能受到深部地壳的部分熔融以及岩浆底侵作用的驱动(Zhou et al., 2006).近十年来，随着数据的增加，越来越多的地球物理与地质研究对华南块体的地幔流动动力学机制进行分析(Zhou et al., 2005; Zheng and Zhang, 2007; Kusky et al., 2014; Zhao et al., 2013; Zhao et al., 2015; Shan et al., 2016).然而，对华南块体下方的动力学机制，目前还没有一种统一认识.

地球上大多数岩浆活动都是地质构造活动的反映.一些地球物理的观测发现，华南地区下方存在显著的地幔流活动(Jiang et al., 2015; Xia et al., 2016).然而地幔流的来源的流动形态目前尚不清楚.相比而言，华南北部的秦岭—大别造山带受到复杂的构造演化机制的作用，经历了俯冲-碰撞-拼接的复杂演化流程(Zhao and Coe, 1987; Meng and Zhang, 1999; Faure et al., 2001; Meng et al., 2005; Dong et al., 2011).在秦岭—大别造山带的演化过程中，一些俯冲块体留存在地幔中(Jahn and Chen, 2007; Yang et al., 2009).至今，秦岭—大别造山带已经演化成为华南块体北侧重要的构造边界(Li et al., 2009).此外，古太平洋的俯冲滞留依然广泛存在于中国东部区域下方的地幔中(Sun et al., 2007).华南区域下方的构造动力学机制也受到古太平洋俯冲残留的影响.

华南区域目前理论上的地球动力学模型包括但不限于：扬子克拉通西部地幔上涌驱动的二阶地幔流(Deng et al., 2004)；俯冲带引起的地幔楔环流(Niu et al., 2005; Maruyama et al., 2009)；俯冲平板的破碎剥离引发的地幔流动(Li and Li, 2007).另外，对深层地幔得到成像结构研究也显示华南区域下方存在明显的地幔流的证据.Jiang(2015)使用三维速度结构成像方法对华南北部区域进行研究，展示了中国东部的地幔流动模型.模型中认为扬子克拉通下方的地幔流方向为由南向北流动，并提出了一个双平板俯冲模型.Xia(2016)获得了华南区域最南端的地幔流成像模型.这项研究提出了海南地幔柱上升的层状模型.Xu(2001)通过成像研究发现了扬子克拉通北部上地幔的低波速异常.

本文研究区域位于海南地幔热点和秦岭—大别造山带之间(图1)，通过走时层析成像获得的速度结构有助于认识中国东南部地幔流动的动力学过程.本研究的主要目标是利用新布设的高密度流动地震台站资料，采用有限频层析成像技术，构建华南区域上地幔的清晰速度结构模型，为认识中国东南地区的地幔流动提供更丰富的证据.

图1 华南地区及其邻区的构造地质背景图黑线表示主要构造边界线(Zhang et al., 2003)；其中黑色实线表示扬子克拉通的构造边界.红色矩形示意本文的研究区域范围.Fig.1 Tectonic map of South ChinaBlack lines: the major tectonic boundaries (Zhang et al., 2003), the black solid lines of which illustrate the tectonic boundaries of Yangtze Craton.

1 数据

本研究中使用的数据来自四所单位分别布设的总计155套流动地震台站.其中，北京大学在2014-09—2016-06期间在研究区域内布设了40套宽频带流动地震仪；中国地质科学院在2014-10—2015-08期间布设了共30套流动地震仪；另外有20套流动地震仪由南京大学在2014-09—2016-01期间布设；还有共65套宽频带地震观测仪由中国地震局于2014-11—2015-07期间布设(图2a).本研究中地震仪平均间距约50 km.整个台网的分布范围大致在112°—120°E、25°—32°N范围中.台网的东西范围大约横跨900 km，南北范围横跨700 km.本研究所使用的流动地震观测仪携带的数据采集系统(DAS)型号为REFTEK130和QuanterraQ330.仪器采样率设定为100 Hz.

为了保证更高的信噪比(SNR)获得更清晰的体波震相,我们选取地震震级(Mb)大于5.5且震源深度小于100 km的地震事件进行数据截取(图2b).选择震中距离在30°～90°范围内的地震事件，以最大限度地减少地幔过渡带和核幔边界的衍射震相的干扰.手动挑选了高、中、低频三个波段(频带为0.5～2.0 Hz、0.1～0.5 Hz和0.03～0.1 Hz)的波形相对到时.数据由巴特沃思滤波器进行滤波.我们通过多通道互相关(MCCC)，在不同频段单独对波形数据手动对齐并获得相对倒时差(VanDecar and Crosson, 1990; Lou et al., 2013).数据对齐提取相对到时的时间窗被设置为：-80～80 s(低频), -80～60 s(中频) 和-80～30 s(高频).为了保证数据质量，低信噪比的数据被移除.对应低频、中频和高频P波数据分别选择为15、4和1作为信噪比的阈值.另外，还剔除了有效台站记录数量不足的地震事件以及GPS时间错误的记录.最终，本研究选择了317个有效地震事件(图2b).参与反演的数据共包含9829个高频，中频和 2046个低频P波相对到时.这些地震事件的震中距、方位角的分布广泛且较为均匀.这些数据所对应的地震射线对研究区域具有较好的空间分布与方位角分布.

文章来源：《华南地震》 网址: http://www.hndzzz.cn/qikandaodu/2021/0302/556.html