利用噪声层析成像方法研究华北克拉通的壳幔速度结构

房立华 吴建平 明跃红 王未来 王长在 杨 婷

（中国地震局地球物理研究所，北京 100081）

华北克拉通形成于太古代至早元古代，是世界上最古老的陆核之一。与全球多数克拉通不同的是，华北克拉通形成后，中生代以前一直保持稳定。但自中生代以来，特别是在燕山期，华北克拉通东部遭受了强烈的改造，其岩石圈被减薄，或被称为受到了“去根”作用。由于华北克拉通在全球克拉通中的特殊性，华北的岩石圈减薄问题得到了国内外学术界的广泛注意，对华北克拉通遭受破坏的动力学过程是近年来国际地球科学研究的热点之一。但目前有关华北克拉通破坏的范围、破坏机制，以及深部控制因素还存在较大争议。

为研究华北克拉通的破坏过程和岩石圈减薄机制，以及华北地区强震的孕震背景，中国地震局地球物理研究所自2006年11月开始在华北地区开展了大规模流动地震台阵观测，布设了190套宽频带地震仪、10套甚宽带地震仪和50套短周期地震仪。本研究利用华北地震科学台阵的190个宽频带、10个甚宽带台、2007年1月至2008年2月的地震背景噪声数据，经过重采样、仪器响应校正、去均值、去倾斜分量、带通滤波、时间域归一化和频谱白化等预处理后，进行互相关计算，提取了瑞利和勒夫波经验格林函数。经过数据筛选和质量控制，选择高信噪比的面波经验格林函数，测量得到了瑞利波和勒夫波的频散曲线。采用面波层析成像方法得到了华北地区4～40 s周期的瑞利波群速度、相速度分布图像和勒夫波的群速度分布图像。

检测板测试表明，大部分地区的分辨率都可以达到0.25º×0.25º。层析成像结果显示，短周期的速度分布特征与地表地质和构造特征基本一致，华北盆地和山西断陷带内的盆地呈现低速异常，燕山隆起和太行山隆起表现为高速异常；中周期的速度分布图揭示了华北盆地内部隆起和坳陷的空间分布范围及沉积层的厚度差异。不同类型的面波层析成像结果基本一致，互相验证，表明所得结果是较为可信的。

关于华北克拉通破坏的范围，一种观点认为，中国东部克拉通岩石圈减薄主要涉及到大兴安岭—太行山重力梯度带以东地区；另一种观点则认为，克拉通的中部块体也发生了岩石圈减薄现象。本研究得到的频散曲线具有明显的分区特征：太行山隆起、燕山隆起和鄂尔多斯块体东北缘的频散曲线形态基本一致，和其它典型克拉通相似；张渤地震带和山西裂谷盆地的频散曲线基本一致，接近于埃塞俄比亚裂谷。中西部块体的平均频散曲线和其他典型克拉通相似，而东部块体的频散曲线和中西块体存在较大差异，且低于其他典型克拉通，表明东部块体的地壳受到了强烈的破坏和改造，而中西块体受改造的程度较低，仍具有稳定克拉通的物理性质。太行山重力梯度带的东西两侧在地形地貌、速度结构、频散特征、地壳厚度、岩石圈厚度以及地幔过渡带厚度均存在显著差异，是划分华北克拉通破坏空间范围的一条重要界线，推测华北克拉通的破坏范围主要在太行山重力梯度带以东。