地震層析成像是探測地球內(nèi)部結(jié)構(gòu)直接有效的手段，隨著全球地震觀測數(shù)據(jù)數(shù)量和質(zhì)量的快速發(fā)展，獲得歐亞大陸地區(qū)更高精度的地震波速度及各向異性層析成像結(jié)果是探索構(gòu)造帶演化動力學(xué)和陸陸板塊碰撞特征的必然要求。利用地震波路徑集中于上地幔頂部的Pn波這一優(yōu)勢震相可以獲得地幔頂部高分辨率的成像結(jié)果，然而傳統(tǒng)Pn成像方法在殼幔結(jié)構(gòu)復(fù)雜、莫霍面起伏較大的區(qū)域反演結(jié)果存在系統(tǒng)性誤差。
中國科學(xué)院地球與行星物理重點實驗室呂彥副研究員與合作者發(fā)展了適應(yīng)于復(fù)雜殼幔結(jié)構(gòu)的地震波速度與各向異性聯(lián)合反演方法，并將該方法應(yīng)用于歐亞大陸地區(qū)，獲得了從歐洲東部到我國中西部地區(qū)上地幔頂部高精度Pn波速度及各向異性結(jié)構(gòu)。研究顯示，亞平寧半島、伊朗高原、高加索、緬甸等區(qū)域與地表火山對應(yīng)的地幔頂部低速結(jié)構(gòu)揭示了與板塊碰撞俯沖相關(guān)的地幔熱物質(zhì)上涌對巖石圈的影響；處于陸陸碰撞相對年輕階段的伊朗高原地區(qū)，地幔熱物質(zhì)活動較青藏高原地區(qū)更為顯著；亞得里亞微板塊周邊顯著的Pn波各向異性結(jié)構(gòu)，顯示亞得里亞海東西兩側(cè)上地幔頂部存在強烈的擠壓作用；青藏高原東構(gòu)造結(jié)區(qū)域與地表運動一致的Pn波各向異性表明該區(qū)域存在殼幔耦合運動；云南地區(qū)26°N南北兩側(cè)的速度及各向異性結(jié)構(gòu)差異，顯示該南北兩側(cè)分別主要受到不同的地球動力學(xué)過程影響，北側(cè)受青藏高原物質(zhì)擠出作用控制，南側(cè)受印度板塊俯沖影響顯著。
圖1 研究區(qū)域地形
圖2 研究區(qū)域地幔頂部Pn波速度結(jié)構(gòu)
將該地震波速度與各向異性聯(lián)合反演方法應(yīng)用于地殼內(nèi)傳播的Pg震相，獲得了伊朗北部Damavand火山以及Sahand-Sabalan火山地區(qū)地殼P波橫向速度及各向異性結(jié)構(gòu)。研究發(fā)現(xiàn)，火山地區(qū)地殼P波速度與地幔頂部Pn波速度結(jié)構(gòu)具有顯著對應(yīng)關(guān)系，顯示了地幔熱物質(zhì)上涌對火山區(qū)域地幔頂部和地殼結(jié)構(gòu)的共同影響；Sahand-Sabalan火山區(qū)地殼速度結(jié)構(gòu)表明，Sahand火山下方地殼內(nèi)存在規(guī)模更大的巖漿物質(zhì)存儲。
圖3 Damavand火山地區(qū)地殼P波速度與各向異性結(jié)構(gòu)
新發(fā)展出的適應(yīng)于復(fù)雜殼幔結(jié)構(gòu)的聯(lián)合成像方法，可以獲得更準確的地球內(nèi)部地震波速度與各向異性結(jié)構(gòu)，并為研究板塊碰撞過程、殼幔深淺部耦合特征等提供更為可靠的地震學(xué)依據(jù)。相關(guān)研究成果近期發(fā)表于國際著名地球物理期刊Journal of Geophysical Research: Solid Earth(Lü, Y., et al., 2017, Pn tomography with Moho depth correction from eastern Europe to western China, J. Geophys. Res. Solid Earth, 122, doi:10.1002/2016JB013052)及Science China Earth Sciences (Lü, Y., L. Chen, 2017, Upper crustal P-wave velocity structure beneath two volcanic areas in northern Iran, Sci. China Earth Sci., doi:10.1007/s11430-016-9005-7)。
原文鏈接：
Journal of Geophysical Research: Solid Earth (http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/2016JB013052/full)
Science China Earth Sciences (http://link.springer.com/article/10.1007/s11430-016-9005-7)