西太平洋地区俯冲板块的精细结构研究

论文摘要

西太平洋俯冲带是世界上最典型、最活动的俯冲带,已成为地学家们研究的一个热点。本研究以堪察加和日本地区为代表详细讨论了西太平洋俯冲板块的形态分布和速度结构。利用从16个地震台站拾取的768条远震到时和赵大鹏远震层析成像方法研究了堪察加地区下方从莫霍面至700 km深度范围内的三维速度结构。成像结果清楚地显示出两大速度异常特征,一是高波速的太平洋板块在堪察加地区南部下方一直俯冲到660-km不连续面以下,而且由南自北俯冲深度逐渐变浅,在阿留申-堪察加汇合带附近几乎消失;二是低波速的软流圈高温物质存在于堪察加的北部和汇合带的下方。在地幔过渡带内和过渡带的下方发现了两块高速异常体,分析认为它们分别是2 Ma前脱落的太平洋板块岩石圈和10 Ma前俯冲的Komandorsky板块。结合前人的研究,太平洋板块边缘处的岩石圈拆沉可能是由其周围高温地幔物质的消融和剪切作用引起的。此外,俯冲的明治海山群不但对太平洋板块的拆沉发挥了重要作用,而且使得靠近汇合带处的板块俯冲角度减小。尽管许多学者对日本列岛下的太平洋俯冲板块做了大量的研究,但板块的精细结构仍然不太清楚,主要包括板块厚度、板块内地震波速度随深度的变化、洋壳的俯冲情况以及橄榄石亚稳态楔是否存在等。本研究利用日本台网收集到的远震和近震的高精度到时数据探讨上述问题。采用三维射线追踪正演模拟法,首先利用333个远震计算得到了太平洋板块的平均厚度为85 km。接着利用3283个近震（震源深度大于40 km）分段测试了板块内的速度异常分布,结果表明速度异常随深度的增加而减小,这与地幔内的温度变化有关。然后在前者计算结果的基础上利用40-300 km深度范围内的近震测试得到日本东北和北海道地区下方洋壳俯冲的深度均为110 km,洋壳平均厚度分别为7.5 km和5 km,速度异常分别为1%和-3%。这说明洋壳在俯冲至110 km以深时,由于受温度和压力的影响,逐渐脱水、变质,直至与板块融合,而且通过分析震源与洋壳的位置关系认为靠近板块上边界的地震是由洋壳脱水变脆触发的。最后利用23个深震测试日本海地区和小笠原地区太平洋板块内的橄榄石亚稳态楔结构,结果显示在太平洋板块内约400 km深度附近的确存在一个低速异常体（-3%）,该异常体被解释为橄榄石的亚稳态楔。通过分析深发震源与亚稳态楔的位置关系,发现大部分深震发生在亚稳态楔的内部。据此,可用相态转换断层理论解释深震的发震机制。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 1 引言
• 1.1 研究目的和意义
• 1.2 研究背景和内容
• 1.3 创新成果
• 2 层析成像发展历史及现状
• 2.1 发展历史
• 2.2 研究现状
• 3 3-D 射线追踪法和RMS 计算
• 3.1 3-D 射线追踪法
• 3.2 RMS 值的计算
• 4 堪察加地区的远震层析成像
• 4.1 构造背景及研究概况
• 4.2 数据和方法
• 4.3 地壳校正
• 4.4 模型网格及参数的确定
• 4.4.1 模型网格的建立
• 4.4.2 阻尼系数的确定
• 4.4.3 光滑系数的确定
• 4.5 结果
• 4.5.1 水平剖面
• 4.5.2 纵向剖面
• 4.6 分辨率分析
• 4.6.1 检测板测试
• 4.6.2 恢复测试
• 4.6.3 合成模型测试
• 4.7 讨论
• 4.7.1 岩石圈拆沉机制
• 4.7.2 700 km 深度层上的高速异常
• 4.7.3 明治海山群的影响
• 4.8 本章结论
• 5 日本地区太平洋俯冲板块的精细结构及深震成因
• 5.1 前言
• 5.2 正演模拟法
• 5.3 板块平均厚度
• 5.3.1 研究现状
• 5.3.2 数据
• 5.3.3 结果和讨论
• 5.4 板块内速度不均匀性
• 5.4.1 研究现状
• 5.4.2 远震数据的结果
• 5.4.3 近震数据的结果
• 5.5 洋壳俯冲情况
• 5.5.1 研究现状
• 5.5.2 数据
• 5.5.3 结果
• 5.5.4 讨论与小结
• 5.6 橄榄石亚稳态楔
• 5.6.1 研究现状
• 5.6.2 日本海地区结果
• 5.6.3 小笠原地区结果
• 5.6.4 讨论
• 5.7 本章结论
• 6 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 存在的问题与今后的研究
• 致谢
• 参考文献
• 个人简历