華北克拉通既有被破壞的東部塊體，也有基本保持穩(wěn)定的西部塊體，是研究大陸形成與演化的最佳場所。因此，華北克拉通地區(qū)的地下結(jié)構(gòu)和地球動力學(xué)特征等一直是地球科學(xué)研究的熱點(diǎn)問題之一。
本實(shí)驗(yàn)室王建副研究員與日本東北大學(xué)趙大鵬教授合作，發(fā)展了一種P波各向異性層析成像新方法(Wang & Zhao, 2013)，在探測地球內(nèi)部現(xiàn)今速度結(jié)構(gòu)的同時(shí)，也能獲取三維各向異性結(jié)構(gòu)，進(jìn)而能研究地球內(nèi)部介質(zhì)巖性及動力學(xué)等信息。他們將該新方法應(yīng)用到中國華北克拉通地區(qū)(Wang et al., 2014)，首次給出了該地區(qū)上地幔的P波徑向各向異性結(jié)構(gòu)模型(正的徑向各向異性表示P波水平速度>垂向速度；負(fù)的徑向各向異性表示P波垂向速度>水平速度) (圖1)。
圖1 反演得到的37度緯度上的剖面P波速度異常(a)及徑向各向異性(b)分布
通過對速度及各向異性結(jié)構(gòu)的分析研究(圖1)，他們給出了以下新的結(jié)論或討論：(a)鄂爾多斯巖石圈地幔表現(xiàn)為高速異常以及負(fù)的徑向各向異性，且一直從地表延伸至大約300公里深度, 鄂爾多斯巖石圈地?？赡鼙Ａ袅似湓谔糯踔粮缧纬蓵r(shí)期的各向異性結(jié)構(gòu)，并且其可能是通過高程度的熱上涌或地幔柱熔融發(fā)生垂向生長而形成；(b) 青藏高原東北緣上地幔物質(zhì)(正的徑向各向異性的低速異常)的擠出受到了鄂爾多斯巖石圈(負(fù)的徑向各向異性的高速異常)的阻擋；(c)中部造山帶上地幔中的低速異常延伸至大約200公里深度，表現(xiàn)出正的徑向各向異性，可能是由于華北克拉通東、西部巖石圈厚度差異引起中部的上升流變成水平運(yùn)動，也可能是因?yàn)榇松仙髦泻畬?dǎo)致C型橄欖石晶體優(yōu)勢排列而引起的；(d)華北東部上地幔250-400 km深度上存在著高速異常，表現(xiàn)為負(fù)的徑向各向異性，與鄂爾多斯巖石圈地幔性質(zhì)相似，其可能是被破壞的太古代克拉通巖石圈地幔(如圖2紅箭頭所示)；(e)華北東部地幔過渡帶內(nèi)存在高速異常且表現(xiàn)出正的徑向各向異性，其可能是西太平洋板塊(如圖2黑箭頭所示)。
圖2 兩個深度上P波速度異常及徑向各向異性分布
他們的結(jié)果為華北克拉通破壞的研究提供了新的地震學(xué)證據(jù)和研究思路，也表明通過在先前地震層析成像方法基礎(chǔ)上增加新的物性參數(shù)(如各向異性)，能夠?yàn)閹r石圈地幔的成因、俯沖板塊的形態(tài)及地幔流動狀態(tài)等研究提供更深入的地學(xué)約束和解釋。
參考文獻(xiàn)：
Wang, J., Zhao, D., 2013 P-wave tomography for 3-D radial and azimuthal anisotropy of Tohoku and Kyushu subduction zones. Geophys. J. Int., 193, 1166-1181.
Wang, J., Wu., H., Zhao, D., 2014. P wave radial anisotropy tomography of the upper mantle beneath the North China Craton. Geochem. Geophys. Geosyst., 15, 2195–2210.