西北太平洋地區(qū)在新生代期間經(jīng)歷了廣泛的構(gòu)造變形，是研究板塊相互作用動力學過程的重要區(qū)域。太平洋板塊和菲律賓海板塊在鄂霍次克板塊和歐亞板塊下俯沖，形成邊緣海、擴張帶和廣泛分布的島弧。然而，由于數(shù)據(jù)和方法的限制，該區(qū)域已有的層析成像結(jié)果仍然缺乏共識，了解西北太平洋地區(qū)的地球動力學特征是一項具有挑戰(zhàn)性的課題。
中科院地質(zhì)地球所地球與行星物理院重點實驗室的呂彥副研究員、李娟研究員與劉麗軍副教授、趙連鋒研究員等，使用發(fā)展的地震波速度與各向異性層析成像方法，得到了西北太平洋地區(qū)地幔頂部高精度的Pn波速度和各向異性圖像（圖1），獲得了較前人明顯不同的成像新發(fā)現(xiàn)，為研究板塊俯沖、地幔對流過程以及火山和弧后盆地下的結(jié)構(gòu)提供了新的地震學依據(jù)。
研究揭示了日本海盆下方的低速異常，其空間范圍與海洋地殼的分布相對應(yīng)。結(jié)果表明30-15 Ma的年輕洋殼以下地幔頂部的P波速度比正常情況低4%-5%，這為研究洋中脊兩側(cè)地震波速度變化提供了新的地震學基礎(chǔ)。前人成像研究中，日本以西大尺度的低速圖像是其它方法相對低的成像分辨率造成的。Pn各向異性為研究該地區(qū)的動態(tài)演化提供了新的視角。太平洋和菲律賓海俯沖帶地區(qū)的Pn快波方向與碰撞邊界平行，這種各向異性模式源于活動島弧火山下占主導地位的B型橄欖石。在日本列島的西部和西北部，Pn各向異性的快速方向總體上垂直于最近的溝槽，這種溝槽垂直快波方向顯示了俯沖主導地幔流動誘導的橄欖石的晶格優(yōu)選取向。目前日本海盆下方E-W的Pn快波方向表明橄欖石的晶格取向由海盆停止擴張后俯沖主導的地幔對流過程重新排列（圖2）。
圖1 西北太平洋地區(qū)地幔頂部Pn波速度與各向異性結(jié)構(gòu)
圖2 西北太平洋地區(qū)動力學過程示意圖
該項研究提供了西北太平洋地區(qū)上地幔結(jié)構(gòu)和變形的更多細節(jié)，也展示了發(fā)展的Pn波速度與各向異性成像方法的獨特優(yōu)勢。
研究成果發(fā)表于JGR。(Lü Y, Li J, Liu L J, et al. Complex uppermost mantle structure and deformation beneath the Northwest Pacific region[J]. Journal of Geophysical Research: Solid Earth, DOI:10.1029/2019JB017356)(原文鏈接)