曲平 呂杰 郭震 于勇 陳永順,?

山東地區(qū)地殼及上地幔結(jié)構(gòu)研究

曲平1呂杰1郭震2于勇2陳永順2,?

1.北京大學(xué)地球與空間科學(xué)學(xué)院, 北京 100871; 2.南方科技大學(xué)海洋科學(xué)與工程系, 深圳 518055; ?通信作者, E-mail: johnyc@sustech.edu.cn

利用布設(shè)在山東省境內(nèi)的寬頻帶流動(dòng)地震觀測臺(tái)陣和國家地震局固定地震觀測臺(tái)站記錄的地震數(shù)據(jù), 應(yīng)用接收函數(shù)和 SKS 波分裂方法, 研究山東地區(qū)的地殼與上地幔結(jié)構(gòu), 得到該區(qū)域的地殼厚度、地殼平均 P波與 S 波的波速比以及 SKS 波分裂延遲的分布情況。結(jié)果表明, 山東地區(qū)地殼厚度范圍為 28~39km; 膠南隆起的北段和南段以及魯西隆起北側(cè)濟(jì)陽凹陷的地殼厚度小于 32km, 魯西隆起下方的地殼比較厚。研究區(qū) P波與 S 波的波速比主要分布在 1.67~1.94 之間, 魯西隆起西南部和膠南隆起北段該比值小于 1.75, 可能是由中上地殼增厚以及下地殼減薄和拆沉造成。魯西隆起南北 P 波與 S 波的波速比差異反映地殼活動(dòng)的差異。地幔物質(zhì)的各向異性顯示, 山東地區(qū)西部的地殼減薄和拆沉可能仍在進(jìn)行。

接收函數(shù); 地殼厚度; P波與S波的波速比; SKS波分裂; 郯廬斷裂

山東地區(qū)位于中國大陸東部, 被北北東走向的郯廬斷裂帶分為東、西兩部分, 東部主要由膠北隆起、膠萊盆地和膠南隆起構(gòu)成[1], 西部的主要構(gòu)造單元為魯西隆起和濟(jì)陽凹陷[2]。魯西隆起位于華北克拉通東部, 在地貌上與華北克拉通西部有明顯的差異。由于熱侵蝕和拆沉作用, 華北克拉通東部巖石圈遭到破壞, 出現(xiàn)明顯的減薄現(xiàn)象[3?7]。魯西隆起中, 新生代構(gòu)造格局為北北西向的盆?山格局[8]。中、新生代以來, 伴隨著華北克拉通巖石圈破壞, 魯西隆起發(fā)生強(qiáng)烈的地殼運(yùn)動(dòng), 巖石學(xué)證據(jù)表明, 這一時(shí)期存在來自上地幔 50km 深度以下的鎂鐵質(zhì)包體, 證明發(fā)生了上地幔局部熔融[8?9]。地幔熔融與華北克拉通巖石圈破壞在時(shí)間上的一致性表明, 華北克拉通巖石圈的破壞對魯西隆起的抬升有一定程度的影響, 因此對魯西隆起的研究有助于揭示華北克拉通東部的破壞過程和機(jī)制。位于郯廬斷裂帶東側(cè)的膠東造山帶是由揚(yáng)子板塊與華北克拉通陸?陸碰撞產(chǎn)生的。由于郯廬斷裂帶走滑位移的影響, 膠東造山帶向東北方向錯(cuò)動(dòng)約 500km, 因此對膠東造山帶的研究有助于探究揚(yáng)子板塊和華北克拉通碰撞的過程。近年來, 該區(qū)域的超高壓變質(zhì)帶一直是國內(nèi)外研究的熱點(diǎn)。

接收函數(shù)方法是研究地球內(nèi)部間斷面的主要方法之一, 主要用于研究莫霍面、巖石圈和軟流圈邊界以及410 km 和 660 km 間斷面[10?12]。通過提取接收函數(shù)攜帶的地下間斷面信息, 可以精確地獲得地球內(nèi)部間斷面的位置以及平均泊松比在間斷面以上的變化(這些信息可以用于分析不同區(qū)域間斷面深度變化的趨勢)。

SKS 波分裂方法是研究地幔物質(zhì)各向異性的主要方法之一。與其他各向異性研究方法相比, SKS波分裂方法計(jì)算過程簡單, 水平分辨率高。相對于地殼和下地幔, SKS 波分裂對上地幔各向異性的敏感性更強(qiáng)。SKS 波分裂方法通過分析 SKS 波在穿過上地幔時(shí)發(fā)生的分裂, 研究地幔物質(zhì)的各向異性(觀測到的各向異性主要由上地幔的地幔流橫向運(yùn)動(dòng)引起[13])。SKS 波分裂方法能夠揭示地幔物質(zhì)的流動(dòng)方向, 可以為當(dāng)今正在發(fā)生的動(dòng)力學(xué)過程提供證據(jù)[14]。

近年來, 隨著寬頻帶密集臺(tái)陣在全國范圍內(nèi)的大面積布設(shè), 越來越豐富的高質(zhì)量地震觀測數(shù)據(jù)被用于構(gòu)造學(xué)研究。通過地球物理方法分析和處理后, 大量的密集觀測數(shù)據(jù)可以生成更高分辨率的地下結(jié)構(gòu)成像。本文利用地球物理寬頻帶地震儀收集的最新地震數(shù)據(jù), 研究山東地區(qū)的地殼和上地幔結(jié)構(gòu), 探索該地區(qū)正在發(fā)生的的動(dòng)力學(xué)過程。

1 資料來源及處理方法

1.1 數(shù)據(jù)

本文使用的連續(xù)波形地震數(shù)據(jù)來自山東地區(qū)的54 個(gè)寬頻帶流動(dòng)地震臺(tái)站和 39 個(gè)固定臺(tái)站, 其中包括北京大學(xué) 2011 年 7 月至 2012 年 7 月布設(shè)的 20臺(tái)寬頻帶流動(dòng)地震臺(tái)站(采樣頻率為 40Hz)、中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所分別于 2001—2003年布設(shè)的 21 個(gè)和 2009—2010 年布設(shè)的 13 個(gè)寬頻帶流動(dòng)地震臺(tái)站(采樣頻率為 40Hz)以及中國地震局布設(shè)的 39 個(gè)固定臺(tái)站(收集 2012 年 1 月至 2013 年 5月的連續(xù)地震波形數(shù)據(jù), 采樣頻率為 100 Hz)。

如圖 1 所示, 本研究使用的臺(tái)站覆蓋區(qū)域較大(115°—123°E, 34°—38°N, 東西向長約 700km, 南北向?qū)捈s 400km), 跨越郯廬斷裂帶, 一部分位于大別?蘇魯造山帶。長時(shí)間的流動(dòng)地震觀測數(shù)據(jù)可以保證本文中接受函數(shù)使用的遠(yuǎn)震事件在 360°范圍的各個(gè)方向分布較均勻。

1.2 接收函數(shù)計(jì)算

接收函數(shù)方法通過對遠(yuǎn)震的 P 波和 PS 轉(zhuǎn)換波進(jìn)行反卷積計(jì)算, 去除震源和傳播路徑的影響, 得到地震波對臺(tái)站下方地殼結(jié)構(gòu)的響應(yīng), 從而對莫霍面進(jìn)行成像。對于 30°—90°方向的遠(yuǎn)震地震事件, 當(dāng) P 波到達(dá)接收臺(tái)站時(shí), 入射方向接近垂直。如果臺(tái)站下方存在速度間斷面, P 波會(huì)在速度間斷面上產(chǎn)生 PS 轉(zhuǎn)換波, P 波主要由臺(tái)站的垂向分量記錄, PS 轉(zhuǎn)換波主要由臺(tái)站的水平分量記錄, 對垂直分量和水平分量進(jìn)行反卷積計(jì)算, 得到接收函數(shù)。

圖 2 展示 SD09 臺(tái)站計(jì)算得到的接收函數(shù), 圖中 3 個(gè)正波峰分別為直達(dá) P 波、PS 轉(zhuǎn)換波和 PpPs 多次波, 其后的負(fù)波峰為 PpSs 和 PsPs 多次波。PS轉(zhuǎn)換波的波形清晰; 多次波強(qiáng)度較弱, 并且波形與直達(dá) P 波不完全一致, 可能是較厚地表沉積層的多次波干擾造成的。

在接收函數(shù)計(jì)算中, 數(shù)據(jù)量是保障結(jié)果可靠性的基礎(chǔ)。本文中, 每個(gè)臺(tái)站有效接收函數(shù)的數(shù)量超過 5 個(gè)才能被納入計(jì)算。通過手動(dòng)篩選接收函數(shù), 去除異常結(jié)果, 本研究共獲得 1788 條接收函數(shù)數(shù)據(jù), 用于成像和計(jì)算。

1.3 H-κ疊加與 Krichhoff偏移疊加

接收函數(shù)方法是一種對速度間斷面的深度敏感的數(shù)據(jù)處理方法。當(dāng)近垂直入射的地震波穿過地下速度間斷面時(shí), 入射 P 波會(huì)在界面處發(fā)生轉(zhuǎn)換, 產(chǎn)生出射的 P 波和 S 波。出射波又會(huì)在速度間斷面與地表間發(fā)生多次反射。最終體現(xiàn)在接收函數(shù)上, 是一系列的轉(zhuǎn)換波震相和多次波震相。這些震相與 P波直達(dá)震相的到時(shí)差跟地下速度間斷面的深度、P波速度和 S 波速度相關(guān), 震相的強(qiáng)度與速度間斷面的速度跳躍相關(guān)。

-疊加方法是常用的接收函數(shù)方法之一, 對莫霍面的深度敏感。另外, 相對于 P 波速度, 疊加結(jié)果對 P 波與 S 波的波速比敏感性更高。因此,-疊加方法對確定地殼厚度、地殼平均 P 波與 S 波的波速比非常有效[15]。本文利用 Zhu 等[15]的方法, 對選取的接收函數(shù)進(jìn)行疊加計(jì)算, 通過將莫霍面上的PS 轉(zhuǎn)換波與 PpPs, PpSs 和 PsPs 多次波進(jìn)行疊加, 找到最適合的莫霍深度以及 P 波與 S 波的波速比, 計(jì)算公式如下:

(,) =1(1) +2(2) ?3(3) ,

式中,(,)表示疊加后-域的值;表示地殼厚度(km);表示 P 波與 S 波的波速比, 與泊松比正相關(guān)(=0.5(1?1/(2?1)));1,2和3分別表示 PS, PpPs, PpSs 和 PsPs轉(zhuǎn)換波的權(quán)重(1+2+3=1), 依據(jù) 3 個(gè)震相的強(qiáng)度設(shè)定, 本文選取的權(quán)重值分別為0.45, 0.35 和 0.2。1,2和3分別表示 3 個(gè)轉(zhuǎn)換波在某個(gè)和值下與直達(dá) P 波的理論到時(shí)差。

-疊加計(jì)算過程中, S 波對和的敏感性較弱, 因此可以直接選取一個(gè)平均的固定的地殼內(nèi) P波速度值。本文使用的臺(tái)站的平均地殼 P 速度選自Crust2.0 模型[16]。通過接收函數(shù)疊加, 我們得到每個(gè)臺(tái)站下方的地殼厚度和平均地殼值。圖 3(a)和(b)分別展示 DSH 和 JIX 臺(tái)站的-疊加結(jié)果, 可以看到, 收斂較好。

為了對-疊加結(jié)果的誤差進(jìn)行分析, 本文應(yīng)用 bootstrap 方法, 對-疊加計(jì)算得到的和值進(jìn)行誤差估計(jì)。本文設(shè)定 bootstrap 迭代次數(shù)為 50, 每次迭代時(shí), 對每一個(gè)地震事件, 在 0~1 的范圍內(nèi)進(jìn)行隨機(jī)加權(quán)。從表 1 看出, 大部分臺(tái)站的誤差估計(jì)值較小, 但 BHC 和 QID 臺(tái)站的值誤差大于 3, 可能與臺(tái)站下方的沉積層較厚有關(guān)。

接收函數(shù)的 Krichhoff 偏移疊加方法能夠提供更加精細(xì)的莫霍面結(jié)構(gòu)[17], 本文使用該方法對山東地區(qū)的莫霍面結(jié)構(gòu)進(jìn)行成像。Kirchhoff 偏移成像在二維情況下的積分公式為

1.4 SKS 波分裂

本文使用 SKS 波分裂方法對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。SKS 波分裂方法計(jì)算簡單, 水平分辨率高, 是研究上地幔流動(dòng)的常用方法。由于 SKS 波具有偏振性, 當(dāng)剪切波從各向同性介質(zhì)進(jìn)入各向異性介質(zhì)時(shí), 會(huì)分裂成兩個(gè)波速不同的正交的偏振波。Zhang 等[18]的研究結(jié)果表明, 在高溫高壓條件下, 如果應(yīng)變大于 150%, 橄欖石晶體的快軸方向與地幔流動(dòng)方向大致相同。地幔中橄欖石晶體的優(yōu)勢方向引起的各向異性可以達(dá)到 7%[13]。

本文以 SplitLab 程序的算法為核心, 進(jìn)行 SKS波分裂研究。選取的地震事件震中距為 85°~140°, 矩震級(jí)大于 5.0。依據(jù) SKS 波的頻帶范圍, 選取的濾波范圍為 0.04~0.25 Hz。

在進(jìn)行 SKS 波分裂的數(shù)據(jù)處理時(shí), 我們通過STA/LTA 方法來判斷是否存在清晰的地震震相[19], 選取短時(shí)窗長度為 5s, 0020 長時(shí)窗長度為 30s。由于 SKS 波在穿過核幔邊界時(shí)的偏振方向是已知的, 快、慢波波形的互相關(guān)性好, 因此我們通過互相關(guān)函數(shù)法判斷 SKS 波形分裂的 Null 值, 并利用最小本征值法計(jì)算 SKS 波分裂參數(shù), 人工挑選出比較清晰的 SKS 波形分裂結(jié)果(圖 4)。在進(jìn)行 SKS 波數(shù)據(jù)處理時(shí), 受方法和數(shù)據(jù)量的限制, 每個(gè)臺(tái)站選擇 5~12條數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算。

2 山東地區(qū)東部地殼與上地幔結(jié)構(gòu)

2.1 P 波 Krichhoff 偏移成像結(jié)果

對 A-A′和 B-B′兩條南北向測線剖面(位置見圖1), 使用接收函數(shù)偏移成像方法, 反演 45km 深度以上的地下速度結(jié)構(gòu), 對莫霍面進(jìn)行成像。

剖面 A-A′位于郯廬斷裂西側(cè)的華北平原, 北段靠近渤海, 南端近鄰魯西隆起。偏移成像結(jié)果(圖5(a))顯示, 該剖面南部地殼厚度大致在 32~34km范圍內(nèi)變化。剖面北部沒有清晰的偏移成像結(jié)果, 可能由于過厚的沉積層造成接收函數(shù)中攜帶復(fù)雜的多次反射波, 對成像結(jié)果造成干擾。

表1 山東地區(qū)臺(tái)站接收函數(shù)H-κ疊加結(jié)果

剖面 B-B′位于膠東隆起, 呈北南走向。偏移成像結(jié)果(圖 5(b))顯示, 該剖面地殼厚度大致在 30~35 km 范圍內(nèi)變化。膠東隆起中部對應(yīng)的地殼厚度最大, 接近 35km, 而在測線兩端的沿海部位, 地殼厚度較小, 約為 30 km。

2.2 P 波 H-κ 成像結(jié)果

利用-疊加方法, 對山東境內(nèi)流動(dòng)地震觀測臺(tái)站和固定地震觀測臺(tái)站的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析, 得到該區(qū)域每個(gè)臺(tái)站下方的地殼厚度和值。通過對數(shù)據(jù)進(jìn)行插值計(jì)算, 最終得到地殼厚度分布圖(圖 6)和值分布圖(圖 7)。

從圖 6 可以看出, 山東地區(qū)地殼厚度的范圍為28~39 km, 膠南隆起的北段和南段地殼厚度小于 32km; 魯西隆起北側(cè)的濟(jì)陽凹陷地殼厚度也在 32km以內(nèi); 膠北隆起地殼厚度一般大于 32km; 魯西隆起下方的地殼比較厚, 為 33~37km, 最厚的部位可達(dá) 39km。

從圖 7 可以看出, 山東地區(qū)的值主要分布在1.67~1.94 之間, 魯西隆起西南部和膠南隆起北段小于 1.75。

Chen 等[20]利用接收函數(shù)方法, 對華北克拉通東部流動(dòng)地震臺(tái)站的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析, 山東南部剖面的分析結(jié)果顯示, 該區(qū)域地殼厚度小于 40 km, 本文的研究結(jié)果與之相近。同時(shí), 本文得到的山東北部地殼厚度與江為為等[21]利用重力和磁場特征得到的地殼厚度和變化趨勢相近。人工地震的研究結(jié)果顯示, 魯西隆起的地殼厚度為 33~36km[22?23], 本文結(jié)果(33~37km)與之一致。

2.3 SKS波分裂結(jié)果

圖 8 中, 臺(tái)站的延遲時(shí)間主要在 0.50~1.90s 的范圍, 延遲最大的區(qū)域位于魯西隆起的西部, 膠東隆起部位的延遲較小。魯西隆起下方可能有流動(dòng)速度更快或厚度更大的地幔物質(zhì)流動(dòng)。

圖 8 顯示, SKS 波分裂的快軸方向大致為東西向, 與 GPS 觀測到的板塊運(yùn)動(dòng)方向一致, 這可能與太平洋板塊向西對華北克拉通的俯沖相關(guān)。

3 討論與結(jié)論

泊松比是反映地殼物質(zhì)成分的重要參數(shù)之一,結(jié)合地殼厚度, 可以揭示地殼內(nèi)部的構(gòu)造演化過程。地殼值分布可以直接與泊松比相對應(yīng)。從上述結(jié)果可以看出, 山東地區(qū)地殼的不均勻性比較強(qiáng), 各個(gè)地質(zhì)單元呈現(xiàn)出不同的特性。山東地區(qū)地殼厚度和泊松比的變化, 顯示郯廬斷裂帶及大別?蘇魯造山帶的地殼結(jié)構(gòu)存在躍變。

本文的第一個(gè)發(fā)現(xiàn)是, 魯西隆起部位地殼厚度較大, 至沿海區(qū)域地殼厚度逐漸減薄, 這是山東地區(qū)地殼結(jié)構(gòu)的主要特征。魯西隆起的地殼厚度約為38km, 其南部與北部的值存在明顯的差異, 呈現(xiàn)南低北高的趨勢。由于南部凹陷比較發(fā)育, 因此值的變化趨勢呈現(xiàn)與地形較好的對應(yīng)關(guān)系。由于該區(qū)域發(fā)生過較強(qiáng)烈的巖漿活動(dòng)[9], 而鐵鎂質(zhì)巖漿的侵入可以使值升高, 這與北部的值分布特點(diǎn)相吻合, 但與南部的值分布特點(diǎn)相左。魯西隆起的地殼厚度比周圍的區(qū)域大, 因此脆性礦物為主要成分的中上地殼也有相應(yīng)的增厚。我們認(rèn)為, 與魯西隆起北部不同的是, 南部區(qū)域受到比較強(qiáng)烈的拉伸, 導(dǎo)致流變性較強(qiáng)的下地殼減薄, 因此該區(qū)域主要顯示中上地殼的低值特征。此外, 由于華北克拉通巖石圈正在經(jīng)歷減薄和破壞[3?7], 魯西隆起南部在巖石圈拆沉的同時(shí), 下地殼的物質(zhì)也相應(yīng)地減少[8], 兩個(gè)因素共同作用, 降低魯西隆起南部的值, 導(dǎo)致魯西隆起南北兩部分值的差異。

本文的第二個(gè)發(fā)現(xiàn)是, 膠南隆起北端和膠北隆起東部具有相似的較低值, 地殼厚度大于 32km,其成因可能與魯西隆起南部相似, 主要由中上地殼的增厚和下地殼拉伸減薄共同作用造成。膠南隆起南部及中部(或蘇魯造山帶)的地殼厚度比較薄, 但是值增大, 兩者為負(fù)相關(guān)的關(guān)系, 可能與超高壓變質(zhì)巖體的廣泛分布有關(guān)。

本文結(jié)果顯示, 在北緯 36°以北, 東經(jīng) 118°—119°, 莫霍面深度相對于周圍區(qū)域的約 35km, 抬升至約 30km, 這可能是郯廬斷裂造成的。在對該區(qū)域所有臺(tái)站地殼結(jié)構(gòu)的觀測結(jié)果中, SM057 臺(tái)站尤其明顯地存在較薄的地殼結(jié)構(gòu)(表 1)。值的計(jì)算結(jié)果也顯示, 該臺(tái)站下方存在顯著的異常, 而周圍其他臺(tái)站并無顯著的地殼厚度和值異常, 這種現(xiàn)象與郭震等[24]的 P 波和 S 波接收函數(shù)研究結(jié)果以及Chen[10]的 P 波接收函數(shù)研究結(jié)果一致。接收函數(shù)采用的地震波實(shí)際上并非完全垂直入射, 通常存在60°~90°的入射角, 因此莫霍面上的異常擾動(dòng)不可能只影響單個(gè)臺(tái)站, 也應(yīng)當(dāng)在臨近臺(tái)站的結(jié)果中有所反映。本文認(rèn)為, 該處的異常結(jié)構(gòu)可能是臺(tái)站下方小范圍的異常擾動(dòng)造成的。此外, 研究區(qū)最北端地殼厚度約為 36km, 考慮到該處沉積層較厚, 波速較慢的沉積層會(huì)使-疊加計(jì)算得到的地殼厚度結(jié)果變大, 因此本文僅展示該結(jié)果, 不對該處的地殼加厚現(xiàn)象進(jìn)行更深入的探討。

正在進(jìn)行的印度?歐亞大陸碰撞, 可能產(chǎn)生遠(yuǎn)距離的影響。關(guān)于這種影響對中國東部新生代構(gòu)造演化的作用, 有些研究者做了分析。在對鄂爾多斯周邊 SKS 波的研究中, 觀測到鄂爾多斯塊體南側(cè)存在顯著的地幔流, 并對鄂爾多斯塊體的巖石圈產(chǎn)生侵蝕, 證明印度?歐亞大陸碰撞引起地幔流動(dòng)的影響范圍已覆蓋鄂爾多斯區(qū)域[14]。Zhao 等[25]通過對華北克拉通 SKS 波的研究, 認(rèn)為地幔流并未對華北克拉通造成顯著的影響; 他們觀測到祁連山地區(qū)的SKS 波分裂快軸方向?qū)Φ卣鸷蟮姆轿唤谴嬖谝蕾囆? 表明各向異性的情況比較復(fù)雜, 可能存在多層各向異性, 這一異常現(xiàn)象可能來自印度?歐亞大陸碰撞的長期影響; 他們還認(rèn)為華北克拉通中部存在空間上連貫的快軸方向, 這種模式表明該區(qū)域地幔上升流的水平偏轉(zhuǎn), 可能起源于地幔過渡帶。

前人對華北地區(qū)的 SKS 研究受臺(tái)站數(shù)量限制, 數(shù)據(jù)覆蓋較稀疏。本文利用山東地區(qū)的固定臺(tái)站和部分北京大學(xué)布設(shè)的流動(dòng)地震臺(tái)站, 觀測到山東地區(qū)存在與華北中南部類似的, 連貫的橫波快軸方向(圖 8)。山東地區(qū)的快軸方向大致為東?西方向, 與Zhao 等[25]的觀測結(jié)果相同, 也與前人在該區(qū)域鄰區(qū)的觀測結(jié)果[26?27]一致, 并相互連貫。本文認(rèn)為, 這一快軸方向反映區(qū)域地幔上升流的水平偏轉(zhuǎn)。

在接收函數(shù)的-疊加計(jì)算中,值與值互相耦合, 共同決定 PS, PpPs 和 PpSs 轉(zhuǎn)換波相對于直達(dá)P 波的到時(shí)差。因此, 當(dāng)計(jì)算得到的地殼厚度存在極端低異常值時(shí),值容易在求解結(jié)果中產(chǎn)生高異常值, 在-疊加結(jié)果(圖 2)中出現(xiàn)從左上向右下延伸的形態(tài)。本文根據(jù) bootstrap 方法對誤差進(jìn)行計(jì)算, 發(fā)現(xiàn)這一低地殼厚度異常值對應(yīng)的 SM057 臺(tái)站存在更大的誤差。因此, 我們認(rèn)為在該臺(tái)站觀測到的地殼厚度和值異?？赡苁禽^淺部特殊異常結(jié)構(gòu)的散射波引起的假象, 不能反映深部莫霍面的變化。這一異常結(jié)構(gòu)在 SM057 臺(tái)站東西兩側(cè)不存在。SM057 臺(tái)站位于南北貫穿山東地區(qū)的郯廬斷裂帶, 對于該處觀測到的地殼異常結(jié)構(gòu), 后續(xù)工作中需要收集其南北兩側(cè)更密集的臺(tái)站觀測資料, 進(jìn)行更深入的探索。

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Study on Crust and Upper Mantle Structure in Shandong Area

QU Ping1, Lü Jie1, GUO Zhen2, YU Yong2, CHEN Yongshun2,?

1. School of Earth and Space Sciences, Peking University, Beijing 100871; 2. Department of Ocean Science and Engineering, Southern University of Science and Technology, Shenzhen 518055; ? Corresponding author, E-mail: johnyc@sustech.edu.cn

This paper records seismic data, using the broadband seismic station and the state seismic station in Shandong Province. Receiver function and shear-waves splitting are applied to study the earth’s crust and upper mantle structure beneath Shandong and its adjacent area. This study analyzed the crust thickness distribution of the region, distribution of crustal average P and S wave velocity ratio, and the regional distribution of shear wave splitting delay. It can be seen that the range of crust thickness in Shandong region is 28?39 km. The crustal thickness of the northern and southern sections of the Jiaonan uplift is less than 32 km. The crustal thickness of Jiyang depression on the north side of west Shandong uplift is also within 32 km. The lithosphere below the western Shandong uplift is relatively thicker. The velocity ratios of P and S in the study area are mainly distributed in the range of 1.67?1.94. In the southwest part of the Luxi uplift and the northern part of the Jiaonan uplift, the wave velocity ratio of P and S is less than 1.75, which may be caused by the thickening of the middle and upper crust, and the thinning and subsidence of the lower crust. The difference between velocity ratio of P and S in the north and south of the west uplift reflects the difference of crustal activity. The anisotropy of mantle material indicates that crust thinning and subsidence in the west of Shandong region may still be ongoing.

receiver function; crust thickness; wave velocity ratio of P and S; shear-waves splitting; Tanlu fault zone

10.13209/j.0479-8023.2020.039

國家自然科學(xué)基金(91128210)資助

2019?06?09;

2020?05?10