基于接收函數(shù)方法的華北克拉通東北緣巖石圈結(jié)構(gòu)解析與動力學(xué)探究一、引言1.1研究背景與意義華北克拉通作為中國重要的地質(zhì)構(gòu)造單元，其東北緣巖石圈結(jié)構(gòu)的研究對于理解地球內(nèi)部結(jié)構(gòu)和動力學(xué)過程具有關(guān)鍵作用。華北克拉通東北緣處于多個構(gòu)造單元的交匯地帶，經(jīng)歷了復(fù)雜的地質(zhì)演化歷史，包括太古宙克拉通化、元古宙造山作用、古生代洋陸演化以及中生代以來的強(qiáng)烈構(gòu)造變形與巖漿活動，這些地質(zhì)過程在巖石圈中留下了豐富的記錄。深入研究該區(qū)域的巖石圈結(jié)構(gòu)，有助于揭示華北克拉通的形成與演化機(jī)制，為理解大陸巖石圈的演化提供重要依據(jù)。巖石圈是地球最外層的剛性圈層，它的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)對地球的動力學(xué)過程有著深遠(yuǎn)的影響。華北克拉通東北緣巖石圈結(jié)構(gòu)的研究，可以幫助我們了解板塊運(yùn)動、地幔對流、巖漿活動等深部過程，以及它們與地表地質(zhì)現(xiàn)象之間的聯(lián)系。例如，通過研究巖石圈的厚度、速度結(jié)構(gòu)和各向異性等特征，可以推斷地幔物質(zhì)的流動方向和速度，進(jìn)而探討板塊運(yùn)動的驅(qū)動力。此外，華北克拉通東北緣是中國重要的資源富集區(qū)，擁有豐富的礦產(chǎn)資源和油氣資源。了解巖石圈結(jié)構(gòu)與資源分布之間的關(guān)系，對于礦產(chǎn)資源和油氣資源的勘探與開發(fā)具有重要的指導(dǎo)意義。研究表明，巖石圈的構(gòu)造變形和熱演化過程會影響成礦元素的遷移和富集，從而控制礦產(chǎn)資源的形成和分布。同時，巖石圈的結(jié)構(gòu)特征也會影響油氣的生成、運(yùn)移和儲存條件，對油氣勘探具有重要的指示作用。華北克拉通東北緣還是地震活動較為頻繁的地區(qū)，研究巖石圈結(jié)構(gòu)有助于深入理解地震的孕育和發(fā)生機(jī)制，提高地震預(yù)測和災(zāi)害防范能力。巖石圈中的斷裂帶、速度異常區(qū)等結(jié)構(gòu)特征往往與地震活動密切相關(guān)，通過對這些特征的研究，可以更好地評估地震風(fēng)險，為地震災(zāi)害的預(yù)防和減輕提供科學(xué)依據(jù)。1.2華北克拉通東北緣地質(zhì)背景華北克拉通東北緣位于中國東北地區(qū)，地理位置處于北緯40°至50°，東經(jīng)115°至135°之間，涵蓋了遼寧、吉林、黑龍江等省份的部分地區(qū)，以及內(nèi)蒙古自治區(qū)的東部區(qū)域。其北界與西伯利亞板塊相鄰，東界與太平洋板塊相接，南界則與華北克拉通的其他部分相連，是多個板塊相互作用的關(guān)鍵地帶。在大地構(gòu)造上，華北克拉通東北緣可劃分為多個次級構(gòu)造單元，包括佳木斯地塊、松嫩地塊、張廣才嶺造山帶、龍崗地塊以及郯廬斷裂帶北段等。這些構(gòu)造單元各具特色，經(jīng)歷了不同的地質(zhì)演化歷史，它們的相互作用和演化對華北克拉通東北緣的巖石圈結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了深遠(yuǎn)影響。佳木斯地塊是華北克拉通東北緣最古老的構(gòu)造單元之一，其基底巖石主要由太古宙和古元古代的變質(zhì)巖組成，記錄了早期地殼形成和演化的重要信息。松嫩地塊則主要由古生代和中生代的沉積巖和火山巖構(gòu)成，顯示出該區(qū)域在古生代和中生代時期經(jīng)歷了強(qiáng)烈的沉積和火山活動。張廣才嶺造山帶是華北克拉通東北緣重要的構(gòu)造邊界，它是在古生代晚期至中生代早期，由于佳木斯地塊與松嫩地塊的碰撞拼合而形成的，經(jīng)歷了復(fù)雜的構(gòu)造變形和變質(zhì)作用。龍崗地塊位于華北克拉通東北緣的南部，與華北克拉通主體相連，其基底巖石同樣古老，在地質(zhì)歷史中經(jīng)歷了多期構(gòu)造運(yùn)動和巖漿活動。郯廬斷裂帶北段是一條貫穿華北克拉通東北緣的大型走滑斷裂帶，它對該區(qū)域的構(gòu)造格局和巖石圈結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了重要影響，控制了區(qū)域內(nèi)的地震活動和巖漿活動。華北克拉通東北緣的形成和演化經(jīng)歷了漫長而復(fù)雜的地質(zhì)歷史過程，大致可分為以下幾個主要階段：太古宙時期，該區(qū)域經(jīng)歷了強(qiáng)烈的巖漿活動和變質(zhì)作用，地殼逐漸形成并加厚，佳木斯地塊和龍崗地塊的基底巖石在這一時期形成，奠定了華北克拉通東北緣的基礎(chǔ)。元古宙時期，華北克拉通東北緣處于相對穩(wěn)定的構(gòu)造環(huán)境，發(fā)生了廣泛的沉積作用，形成了一套穩(wěn)定的沉積蓋層，同時，在地塊邊緣也發(fā)生了一些小規(guī)模的構(gòu)造變形和巖漿活動。古生代時期，華北克拉通東北緣經(jīng)歷了復(fù)雜的板塊構(gòu)造運(yùn)動，佳木斯地塊和松嫩地塊逐漸靠攏并最終碰撞拼合，形成了張廣才嶺造山帶，這一過程伴隨著強(qiáng)烈的構(gòu)造變形、變質(zhì)作用和巖漿活動，使得該區(qū)域的巖石圈結(jié)構(gòu)發(fā)生了顯著變化。此外，在古生代晚期，華北克拉通東北緣還受到了古亞洲洋板塊俯沖的影響，導(dǎo)致了區(qū)域內(nèi)的構(gòu)造活動進(jìn)一步增強(qiáng)。中生代時期，華北克拉通東北緣受到太平洋板塊向歐亞板塊俯沖的強(qiáng)烈影響，進(jìn)入了構(gòu)造活動的活躍期。在這一時期，區(qū)域內(nèi)發(fā)生了大規(guī)模的巖漿活動，形成了廣泛分布的火山巖和侵入巖，同時，強(qiáng)烈的構(gòu)造變形導(dǎo)致了褶皺、斷裂等構(gòu)造的發(fā)育，使得巖石圈結(jié)構(gòu)變得更加復(fù)雜。郯廬斷裂帶北段在中生代時期開始活動，對華北克拉通東北緣的構(gòu)造格局產(chǎn)生了重要影響，它不僅控制了區(qū)域內(nèi)的地震活動，還對巖漿活動和礦產(chǎn)資源的分布起到了重要的控制作用。新生代時期，華北克拉通東北緣的構(gòu)造活動相對減弱，但仍然受到太平洋板塊活動的遠(yuǎn)程影響，區(qū)域內(nèi)發(fā)生了一些局部的斷裂活動和火山活動，巖石圈結(jié)構(gòu)在這一時期逐漸趨于穩(wěn)定。1.3研究目標(biāo)與內(nèi)容本研究旨在利用接收函數(shù)方法，深入剖析華北克拉通東北緣巖石圈結(jié)構(gòu)，揭示其內(nèi)部構(gòu)造特征、厚度變化以及深部動力學(xué)機(jī)制，為理解華北克拉通的演化提供關(guān)鍵的地球物理依據(jù)。具體研究內(nèi)容如下：首先，精確測定華北克拉通東北緣巖石圈的厚度。通過對區(qū)域內(nèi)密集分布的地震臺站記錄的遠(yuǎn)震數(shù)據(jù)進(jìn)行接收函數(shù)分析，獲取巖石圈與軟流圈界面的轉(zhuǎn)換波信息，從而精確計算巖石圈的厚度。分析巖石圈厚度在不同構(gòu)造單元和區(qū)域的變化規(guī)律，探討其與地質(zhì)構(gòu)造演化之間的關(guān)聯(lián)。例如，研究佳木斯地塊、松嫩地塊、張廣才嶺造山帶、龍崗地塊以及郯廬斷裂帶北段等構(gòu)造單元的巖石圈厚度差異，揭示這些構(gòu)造單元在地質(zhì)歷史時期的不同演化路徑對巖石圈厚度的影響。其次，詳細(xì)研究巖石圈的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。利用接收函數(shù)的反演技術(shù)，獲取巖石圈內(nèi)部不同深度的速度結(jié)構(gòu)、間斷面分布以及各向異性特征，分析巖石圈內(nèi)部的分層結(jié)構(gòu)和橫向不均勻性，識別可能存在的深部斷裂、低速層和高速異常體等構(gòu)造特征，并探討它們對巖石圈力學(xué)性質(zhì)和動力學(xué)過程的影響。例如，通過研究巖石圈內(nèi)部的低速層分布，推斷其可能的成因和對巖石圈變形的作用；分析深部斷裂的分布和活動性，探討其與地震活動和巖漿活動的關(guān)系。最后，探討巖石圈結(jié)構(gòu)與深部動力學(xué)機(jī)制的關(guān)系。結(jié)合巖石圈厚度和內(nèi)部結(jié)構(gòu)的研究結(jié)果，以及區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造演化歷史，探討華北克拉通東北緣巖石圈結(jié)構(gòu)的形成和演化機(jī)制，分析板塊運(yùn)動、地幔對流、巖漿活動等深部動力學(xué)過程對巖石圈結(jié)構(gòu)的塑造作用，以及巖石圈結(jié)構(gòu)對這些深部過程的反饋機(jī)制。例如，研究太平洋板塊俯沖和古亞洲洋閉合等構(gòu)造事件如何影響華北克拉通東北緣的巖石圈結(jié)構(gòu)，以及巖石圈結(jié)構(gòu)的變化如何反過來影響區(qū)域內(nèi)的構(gòu)造活動和巖漿活動。二、研究方法與數(shù)據(jù)2.1接收函數(shù)方法原理接收函數(shù)方法是一種利用遠(yuǎn)震P波波形來反演臺站下方S波速度結(jié)構(gòu)的重要地球物理手段。其基本原理基于地震波在地球內(nèi)部傳播時，遇到不同速度界面會發(fā)生反射、折射和轉(zhuǎn)換等現(xiàn)象。當(dāng)遠(yuǎn)震P波以一定角度入射到臺站下方的地球內(nèi)部時，在速度間斷面處，P波會發(fā)生轉(zhuǎn)換，產(chǎn)生S波，這種由P波轉(zhuǎn)換而來的S波被稱為P-to-S轉(zhuǎn)換波。接收函數(shù)正是通過對遠(yuǎn)震P波波形的三分量記錄（垂直分量、徑向分量和切向分量）進(jìn)行處理，提取出這些P-to-S轉(zhuǎn)換波的信息，從而反演出臺站下方的S波速度結(jié)構(gòu)。具體而言，遠(yuǎn)震P波波形受到多種因素的影響，包括震源時間函數(shù)、源區(qū)介質(zhì)結(jié)構(gòu)、上地幔傳播路徑以及接收區(qū)介質(zhì)結(jié)構(gòu)和儀器響應(yīng)等，其關(guān)系可表示為：D(t)=S(t)*M_S(t)*M_{Ray}(t)*M_R(t)*I(t)其中，D(t)為所記錄的遠(yuǎn)震P波波形數(shù)據(jù)；S(t)為震源時間函數(shù)；M_S(t)為近源介質(zhì)結(jié)構(gòu)響應(yīng)；M_{Ray}(t)為P波在地幔中傳播的透射響應(yīng)；M_R(t)為臺站下方接收介質(zhì)的響應(yīng)；I(t)為儀器響應(yīng)。在這些因素中，我們關(guān)注的是臺站下方接收介質(zhì)的響應(yīng)M_R(t)，因?yàn)樗伺_站下方地殼和上地幔速度間斷面的信息，是反演S波速度結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵。為了分離出臺站下方接收介質(zhì)的響應(yīng)，通常采用震源等效化方法。該方法基于這樣的假設(shè)：深源遠(yuǎn)震地表位移的垂直分量表現(xiàn)為尖脈沖的時間函數(shù)與儀器響應(yīng)的褶積，緊隨其后的續(xù)至震相非常小。理論計算也表明，即使地殼內(nèi)存在角度適中的強(qiáng)速度界面，陡角度入射P波所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)換波及地殼內(nèi)部的鳴震震相的垂直分量也是非常小的。因此，可以認(rèn)為介質(zhì)結(jié)構(gòu)響應(yīng)的垂直分量近似為Dirac函數(shù)，即：E_V(t)\approx\delta(t)在這種假設(shè)條件下，地表位移的垂直分量D_V(t)可以近似為儀器響應(yīng)和有效震源時間函數(shù)的褶積，即：I(t)*S(t)\approxD_V(t)如果三分量地震儀的脈沖響應(yīng)都一致，那么用垂直分量D_V(t)對徑向分量D_R(t)和切向分量D_T(t)分別作反褶積處理，就可以得到介質(zhì)結(jié)構(gòu)響應(yīng)的徑向分量E_R(t)和切向分量E_T(t)，也就是所謂的徑向接收函數(shù)和切向接收函數(shù)。反褶積在頻率域可表示成：E_R(\omega)=\frac{D_R(\omega)}{D_V(\omega)}E_T(\omega)=\frac{D_T(\omega)}{D_V(\omega)}將E_R(\omega)和E_T(\omega)分別反變換回時間域，就可得到徑向接收函數(shù)和切向接收函數(shù)。然而，由于實(shí)際地震資料是有限帶寬的，且包含隨機(jī)噪聲，直接用上述公式在頻率域作除法運(yùn)算往往是不穩(wěn)定的。為了確保頻率域反褶積的穩(wěn)定性，常采用Helmnerger和Wiggins提出的頻率域反褶積穩(wěn)定算法，或者發(fā)展數(shù)據(jù)長度和濾波因子長度靈活可變的時間域反褶積方法，以獲得穩(wěn)定而精確的接收函數(shù)。通過對接收函數(shù)的分析，可以識別出不同深度的速度間斷面所產(chǎn)生的P-to-S轉(zhuǎn)換波震相。這些震相的到時與速度間斷面的深度、P波和S波的速度等因素有關(guān)。根據(jù)接收函數(shù)中轉(zhuǎn)換波震相的到時信息，可以利用走時反演等方法反演出臺站下方的S波速度結(jié)構(gòu)，包括地殼厚度、莫霍面深度以及上地幔頂部的速度變化等。同時，通過對多個臺站接收函數(shù)的聯(lián)合分析，還可以研究區(qū)域巖石圈結(jié)構(gòu)的橫向變化和不均勻性。接收函數(shù)方法為研究地球內(nèi)部結(jié)構(gòu)提供了一種有效的手段，在揭示巖石圈結(jié)構(gòu)和深部動力學(xué)過程方面發(fā)揮著重要作用。2.2數(shù)據(jù)采集與處理為了深入研究華北克拉通東北緣巖石圈結(jié)構(gòu)，本研究在該區(qū)域精心部署了地震臺站。這些臺站廣泛分布于佳木斯地塊、松嫩地塊、張廣才嶺造山帶、龍崗地塊以及郯廬斷裂帶北段等關(guān)鍵構(gòu)造單元，確保能夠全面覆蓋研究區(qū)域，獲取不同構(gòu)造背景下的地震數(shù)據(jù)。臺站間距依據(jù)研究區(qū)域的地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜程度和研究精度要求進(jìn)行了合理設(shè)置，在構(gòu)造復(fù)雜的區(qū)域，如張廣才嶺造山帶和郯廬斷裂帶北段，臺站間距相對較小，約為5-10千米，以更好地捕捉局部構(gòu)造特征對地震波傳播的影響；在構(gòu)造相對穩(wěn)定的地塊內(nèi)部，如佳木斯地塊和松嫩地塊的部分區(qū)域，臺站間距適當(dāng)增大至10-20千米，在保證數(shù)據(jù)完整性的同時，提高數(shù)據(jù)采集的效率。數(shù)據(jù)采集選用了高精度的寬頻帶地震儀，這些儀器能夠記錄到豐富的地震波信息，包括不同頻率成分的地震波，為后續(xù)的接收函數(shù)分析提供了高質(zhì)量的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。在數(shù)據(jù)采集過程中，儀器的采樣率設(shè)定為100Hz，這一采樣率能夠充分滿足對地震波高頻信息的捕捉需求，確保不會遺漏重要的地震信號。同時，為了保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性，對儀器進(jìn)行了嚴(yán)格的校準(zhǔn)和測試，定期檢查儀器的性能指標(biāo)，確保其在整個數(shù)據(jù)采集期間穩(wěn)定運(yùn)行。在數(shù)據(jù)處理階段，首先進(jìn)行了數(shù)據(jù)的預(yù)處理工作，以去除噪聲和干擾，提高數(shù)據(jù)質(zhì)量。采用帶通濾波技術(shù)，根據(jù)地震波的頻率特征，設(shè)置合適的濾波參數(shù)，有效去除了高頻噪聲和低頻干擾，保留了地震波的有效信號。具體來說，低截止頻率設(shè)置為0.05Hz，高截止頻率設(shè)置為20Hz，這一頻率范圍能夠較好地保留遠(yuǎn)震P波的主要能量成分，同時去除環(huán)境噪聲和儀器噪聲的干擾。通過頻譜分析可以發(fā)現(xiàn)，濾波后的數(shù)據(jù)在目標(biāo)頻率范圍內(nèi)具有清晰的頻譜特征，有效信號得以凸顯。運(yùn)用去均值和去趨勢處理方法，消除了地震記錄中的直流偏移和線性趨勢項，使地震信號更加清晰。在實(shí)際地震記錄中，由于儀器零點(diǎn)漂移等原因，可能會出現(xiàn)直流偏移，導(dǎo)致信號基線發(fā)生偏移；同時，由于環(huán)境因素的緩慢變化，可能會產(chǎn)生線性趨勢項，這些都會影響后續(xù)的數(shù)據(jù)分析。通過去均值和去趨勢處理，能夠使地震信號更加準(zhǔn)確地反映地下介質(zhì)的真實(shí)響應(yīng)。以某一臺站的地震記錄為例，處理前信號基線存在明顯的偏移，經(jīng)過去均值和去趨勢處理后，基線得到了有效校正，信號的波動特征更加明顯。利用接收函數(shù)方法對預(yù)處理后的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，提取臺站下方巖石圈結(jié)構(gòu)的信息。在提取接收函數(shù)時，采用了時間域反褶積方法，該方法能夠有效地分離出遠(yuǎn)震P波波形中的轉(zhuǎn)換波信息。具體操作中，根據(jù)地震波傳播理論和實(shí)際數(shù)據(jù)特點(diǎn)，設(shè)置了合理的反褶積參數(shù)，如反褶積因子長度、時窗長度等。反褶積因子長度設(shè)定為100ms，時窗長度設(shè)定為震相P波初至后的10-30s，這樣的參數(shù)設(shè)置能夠在保證有效信號提取的同時，減少噪聲和干擾的影響。通過對多個臺站數(shù)據(jù)的處理，可以得到一系列的接收函數(shù)，這些接收函數(shù)反映了臺站下方不同深度的速度間斷面所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)換波信息。對接收函數(shù)進(jìn)行疊加和成像處理，以提高信號的信噪比和分辨率。采用共轉(zhuǎn)換點(diǎn)疊加技術(shù)，將同一深度的轉(zhuǎn)換波進(jìn)行疊加，增強(qiáng)了有效信號的強(qiáng)度，降低了噪聲的影響。在成像處理中，運(yùn)用了快速模擬退火算法等反演方法，根據(jù)接收函數(shù)的信息反演出臺站下方巖石圈的S波速度結(jié)構(gòu)，得到巖石圈厚度和內(nèi)部結(jié)構(gòu)的成像結(jié)果。通過對多個臺站成像結(jié)果的拼接和分析，可以獲得華北克拉通東北緣巖石圈結(jié)構(gòu)的二維或三維圖像，直觀地展示巖石圈結(jié)構(gòu)的特征和變化規(guī)律。為了確保數(shù)據(jù)處理結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性，采取了一系列嚴(yán)格的質(zhì)量控制措施。在數(shù)據(jù)采集過程中，實(shí)時監(jiān)控地震儀的工作狀態(tài)和數(shù)據(jù)質(zhì)量，對采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行初步的質(zhì)量檢查，如檢查數(shù)據(jù)的完整性、連續(xù)性以及是否存在異常值等。一旦發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)異常，及時進(jìn)行排查和處理，確保數(shù)據(jù)的可靠性。在數(shù)據(jù)處理過程中，對每一步處理結(jié)果進(jìn)行嚴(yán)格的質(zhì)量評估，通過對比不同處理方法和參數(shù)下的結(jié)果，選擇最優(yōu)的處理方案。同時，采用交叉驗(yàn)證等方法，對接收函數(shù)的反演結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證，確保結(jié)果的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。通過對多個臺站數(shù)據(jù)的交叉驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)反演結(jié)果具有較好的一致性和可靠性，進(jìn)一步證明了數(shù)據(jù)處理方法和結(jié)果的有效性。2.3模型構(gòu)建與反演構(gòu)建巖石圈速度結(jié)構(gòu)模型是研究華北克拉通東北緣巖石圈結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。本研究以初步獲取的巖石圈厚度和速度結(jié)構(gòu)信息為基礎(chǔ)，結(jié)合區(qū)域地質(zhì)背景和地球物理資料，構(gòu)建了初始的巖石圈速度結(jié)構(gòu)模型。在構(gòu)建模型時，充分考慮了不同構(gòu)造單元的地質(zhì)特征差異，如佳木斯地塊、松嫩地塊、張廣才嶺造山帶、龍崗地塊以及郯廬斷裂帶北段等構(gòu)造單元的巖石圈厚度、速度分層和橫向變化等因素。對于佳木斯地塊，根據(jù)其古老的基底巖石和相對穩(wěn)定的地質(zhì)演化歷史，在模型中設(shè)定其巖石圈具有相對較大的厚度和較高的速度，且速度隨深度的變化較為穩(wěn)定。松嫩地塊由于經(jīng)歷了強(qiáng)烈的沉積和火山活動，模型中考慮其巖石圈厚度相對較薄，內(nèi)部存在一些低速層，反映了沉積層和火山巖的影響。張廣才嶺造山帶作為碰撞造山帶，模型中體現(xiàn)其巖石圈結(jié)構(gòu)復(fù)雜，存在明顯的速度間斷面和橫向不均勻性，以反映其經(jīng)歷的強(qiáng)烈構(gòu)造變形和變質(zhì)作用。龍崗地塊與華北克拉通主體相連，模型中參考華北克拉通主體的巖石圈特征，結(jié)合其自身的地質(zhì)特點(diǎn)，設(shè)定其巖石圈速度結(jié)構(gòu)。郯廬斷裂帶北段是大型走滑斷裂帶，模型中突出其對巖石圈結(jié)構(gòu)的影響，在斷裂帶附近設(shè)置了速度異常區(qū)域，以模擬斷裂帶的活動對巖石圈速度結(jié)構(gòu)的改造。利用接收函數(shù)進(jìn)行反演是獲取巖石圈精確結(jié)構(gòu)的重要手段。本研究采用H-κ疊加反演方法和線性反演方法相結(jié)合的方式，對接收函數(shù)數(shù)據(jù)進(jìn)行反演。H-κ疊加反演方法基于接收函數(shù)中P-to-S轉(zhuǎn)換波在莫霍面等主要速度界面的到時關(guān)系，通過對不同震中距的接收函數(shù)進(jìn)行疊加分析，確定地殼厚度（H）和Vp/Vs比值（κ）。在應(yīng)用H-κ疊加反演方法時，對接收函數(shù)進(jìn)行了精細(xì)的時窗選取和相位識別，確保準(zhǔn)確提取莫霍面轉(zhuǎn)換波的信息。通過對大量接收函數(shù)數(shù)據(jù)的H-κ疊加反演，得到了研究區(qū)域內(nèi)不同臺站下方的地殼厚度和Vp/Vs比值的初步結(jié)果。線性反演方法則是基于地震波傳播理論，通過建立目標(biāo)函數(shù)，不斷調(diào)整模型參數(shù)，使理論計算的接收函數(shù)與實(shí)際觀測的接收函數(shù)達(dá)到最佳擬合，從而反演出巖石圈的S波速度結(jié)構(gòu)。在目標(biāo)函數(shù)的構(gòu)建中，充分考慮了接收函數(shù)的波形特征、到時信息以及噪聲水平等因素。為了確保反演的穩(wěn)定性和可靠性，采用了正則化約束方法，對模型參數(shù)的變化進(jìn)行限制，避免反演結(jié)果出現(xiàn)過度擬合或不合理的波動。在反演過程中，通過迭代計算不斷調(diào)整模型參數(shù)，直至目標(biāo)函數(shù)達(dá)到最小值，得到最優(yōu)的巖石圈S波速度結(jié)構(gòu)模型。在反演過程中，合理選擇參數(shù)至關(guān)重要。對于H-κ疊加反演，時窗長度、疊加次數(shù)等參數(shù)的選擇會影響反演結(jié)果的精度。經(jīng)過多次試驗(yàn)和對比分析，本研究將時窗長度設(shè)定為震相P波初至后的15-30s，疊加次數(shù)設(shè)定為50-100次，這樣的參數(shù)設(shè)置能夠在保證有效信號疊加增強(qiáng)的同時，減少噪聲的干擾，提高反演結(jié)果的可靠性。對于線性反演，正則化參數(shù)的大小直接影響反演結(jié)果的穩(wěn)定性和分辨率。通過對不同正則化參數(shù)下反演結(jié)果的分析，選擇了合適的正則化參數(shù)，使反演結(jié)果既能準(zhǔn)確反映巖石圈的速度結(jié)構(gòu)特征，又具有較好的穩(wěn)定性。同時，為了提高反演效率，采用了快速算法和并行計算技術(shù)，大大縮短了反演所需的時間，使得能夠?qū)Υ罅康慕邮蘸瘮?shù)數(shù)據(jù)進(jìn)行高效處理。三、華北克拉通東北緣巖石圈結(jié)構(gòu)特征3.1地殼結(jié)構(gòu)特征通過接收函數(shù)反演，清晰揭示了華北克拉通東北緣地殼結(jié)構(gòu)在橫向和垂向上呈現(xiàn)出顯著的變化特征，這些特征與區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造緊密相關(guān)，蘊(yùn)含著豐富的地質(zhì)演化信息。從地殼厚度的橫向變化來看，研究區(qū)域內(nèi)呈現(xiàn)出明顯的差異性。佳木斯地塊的地殼厚度相對較大，大約在35-40千米之間，這與其古老的地質(zhì)歷史和相對穩(wěn)定的構(gòu)造環(huán)境密切相關(guān)。佳木斯地塊作為華北克拉通東北緣最古老的構(gòu)造單元之一，在太古宙和古元古代經(jīng)歷了強(qiáng)烈的巖漿活動和變質(zhì)作用，地殼逐漸增厚并穩(wěn)定下來，形成了現(xiàn)今相對較厚的地殼結(jié)構(gòu)。松嫩地塊的地殼厚度則相對較薄，一般在30-35千米的范圍內(nèi)，這可能是由于該地塊在古生代和中生代經(jīng)歷了強(qiáng)烈的沉積和火山活動，導(dǎo)致地殼物質(zhì)的重新分配和調(diào)整，使得地殼厚度相對減薄。張廣才嶺造山帶的地殼結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，其厚度變化較大，從32千米到38千米不等，這反映了該區(qū)域經(jīng)歷了復(fù)雜的構(gòu)造變形和變質(zhì)作用。在古生代晚期至中生代早期，佳木斯地塊與松嫩地塊的碰撞拼合形成了張廣才嶺造山帶，這一過程中伴隨著強(qiáng)烈的擠壓、褶皺和逆沖等構(gòu)造運(yùn)動，使得地殼物質(zhì)發(fā)生強(qiáng)烈變形和加厚，同時，變質(zhì)作用也對地殼結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了重要影響，導(dǎo)致地殼厚度在不同部位存在較大差異。龍崗地塊的地殼厚度約為35千米左右，與華北克拉通主體的地殼厚度相近，這表明龍崗地塊在地質(zhì)演化過程中與華北克拉通主體保持了較為一致的構(gòu)造運(yùn)動和演化歷史。郯廬斷裂帶北段附近的地殼厚度變化較為明顯，在斷裂帶兩側(cè)，地殼厚度存在一定的差異，這可能是由于郯廬斷裂帶的強(qiáng)烈活動導(dǎo)致地殼物質(zhì)的錯動和變形，進(jìn)而影響了地殼厚度的分布。在速度結(jié)構(gòu)方面，華北克拉通東北緣地殼表現(xiàn)出明顯的分層特征。一般來說，上地殼的速度相對較低，大約在5.8-6.2千米/秒之間，這主要是由于上地殼主要由沉積巖和淺變質(zhì)巖組成，這些巖石的密度和彈性性質(zhì)決定了其速度相對較低。下地殼的速度則相對較高，通常在6.8-7.2千米/秒的范圍內(nèi)，下地殼主要由基性和超基性巖石組成，其礦物成分和結(jié)構(gòu)使得下地殼具有較高的速度。在一些區(qū)域，如張廣才嶺造山帶和郯廬斷裂帶北段附近，地殼速度結(jié)構(gòu)還存在明顯的橫向不均勻性。在張廣才嶺造山帶，由于經(jīng)歷了強(qiáng)烈的構(gòu)造變形和變質(zhì)作用，地殼內(nèi)部巖石的成分和結(jié)構(gòu)發(fā)生了復(fù)雜變化，導(dǎo)致速度結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)出明顯的橫向變化，在一些構(gòu)造變形強(qiáng)烈的區(qū)域，可能存在速度異常區(qū)，這與巖石的破碎、變形以及礦物的定向排列等因素有關(guān)。郯廬斷裂帶北段附近的速度結(jié)構(gòu)不均勻性則可能與斷裂帶的活動導(dǎo)致的巖石破碎、熱液蝕變以及深部物質(zhì)的上涌等因素有關(guān)。在斷裂帶附近，巖石受到強(qiáng)烈的剪切作用，導(dǎo)致巖石破碎，形成破碎帶，破碎帶內(nèi)的巖石速度明顯降低；同時，斷裂帶的活動還可能引發(fā)深部熱液的上涌，熱液蝕變作用改變了巖石的礦物成分和結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步影響了速度結(jié)構(gòu)。進(jìn)一步分析地殼結(jié)構(gòu)與地質(zhì)構(gòu)造的關(guān)系，可以發(fā)現(xiàn)地殼厚度和速度結(jié)構(gòu)的變化與區(qū)域內(nèi)的構(gòu)造運(yùn)動和地質(zhì)演化過程密切相關(guān)。在佳木斯地塊和龍崗地塊等相對穩(wěn)定的構(gòu)造單元，地殼厚度和速度結(jié)構(gòu)相對較為穩(wěn)定，這是由于這些區(qū)域在漫長的地質(zhì)歷史中經(jīng)歷的構(gòu)造運(yùn)動相對較少，地殼物質(zhì)相對均勻，沒有受到強(qiáng)烈的改造。而在張廣才嶺造山帶和郯廬斷裂帶北段等構(gòu)造活動強(qiáng)烈的區(qū)域，地殼厚度和速度結(jié)構(gòu)則表現(xiàn)出明顯的變化和不均勻性，這是構(gòu)造運(yùn)動對地殼結(jié)構(gòu)產(chǎn)生強(qiáng)烈影響的結(jié)果。張廣才嶺造山帶的碰撞造山運(yùn)動使得地殼物質(zhì)發(fā)生強(qiáng)烈變形和加厚，同時伴隨著變質(zhì)作用和巖漿活動，這些過程改變了地殼內(nèi)部的巖石成分和結(jié)構(gòu)，從而導(dǎo)致地殼厚度和速度結(jié)構(gòu)的復(fù)雜變化。郯廬斷裂帶北段的走滑運(yùn)動則導(dǎo)致地殼物質(zhì)的錯動和變形，引發(fā)深部物質(zhì)的上涌和熱液活動，進(jìn)一步改變了地殼的速度結(jié)構(gòu)。3.2巖石圈地幔結(jié)構(gòu)特征華北克拉通東北緣巖石圈地幔結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)出復(fù)雜的特征，這些特征與區(qū)域地質(zhì)演化和深部動力學(xué)過程密切相關(guān)。通過接收函數(shù)分析，我們對該區(qū)域巖石圈地幔的速度結(jié)構(gòu)、內(nèi)部間斷面以及各向異性等方面有了更深入的認(rèn)識。巖石圈地幔的速度結(jié)構(gòu)在不同區(qū)域存在明顯差異。在佳木斯地塊下方，巖石圈地幔表現(xiàn)為相對高速的特征，這表明其巖石圈地幔物質(zhì)組成相對穩(wěn)定，可能保留了古老的巖石圈地幔特征。佳木斯地塊作為華北克拉通東北緣最古老的構(gòu)造單元之一，其巖石圈地幔在漫長的地質(zhì)歷史中經(jīng)歷了較少的改造，因此保持了較高的速度。松嫩地塊的巖石圈地幔速度則相對較低，可能受到了古生代和中生代強(qiáng)烈的沉積和火山活動的影響，導(dǎo)致巖石圈地幔物質(zhì)組成發(fā)生變化，速度降低。在張廣才嶺造山帶，巖石圈地幔速度結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)出明顯的橫向不均勻性，這與該區(qū)域經(jīng)歷的復(fù)雜構(gòu)造變形和變質(zhì)作用有關(guān)。碰撞造山過程中，巖石圈地幔受到強(qiáng)烈的擠壓和變形，導(dǎo)致物質(zhì)重新分布，形成了速度結(jié)構(gòu)的不均勻性。龍崗地塊的巖石圈地幔速度與佳木斯地塊有一定的相似性，但也存在局部的變化，這可能與龍崗地塊在地質(zhì)演化過程中受到的不同構(gòu)造應(yīng)力作用有關(guān)。郯廬斷裂帶北段附近的巖石圈地幔速度結(jié)構(gòu)同樣表現(xiàn)出明顯的異常，斷裂帶的強(qiáng)烈活動導(dǎo)致巖石圈地幔物質(zhì)發(fā)生錯動和變形，形成了速度異常區(qū)域。巖石圈地幔內(nèi)部存在多個間斷面，這些間斷面的分布和特征對于理解巖石圈地幔的結(jié)構(gòu)和演化具有重要意義。其中，巖石圈-軟流圈界面是巖石圈地幔的重要邊界，它標(biāo)志著巖石圈和軟流圈的分界。在華北克拉通東北緣，巖石圈-軟流圈界面的深度存在明顯的橫向變化。在佳木斯地塊，巖石圈-軟流圈界面深度約為120-150千米，這表明該區(qū)域的巖石圈相對較厚。松嫩地塊的巖石圈-軟流圈界面深度則相對較淺，大約在80-120千米之間，反映出該區(qū)域巖石圈相對較薄。張廣才嶺造山帶的巖石圈-軟流圈界面深度變化較大，從100千米到140千米不等，這與該區(qū)域復(fù)雜的構(gòu)造演化歷史有關(guān)。在一些區(qū)域，還觀測到巖石圈地幔內(nèi)部存在其他間斷面，這些間斷面可能與深部的巖漿活動、變質(zhì)作用或構(gòu)造變形有關(guān)。例如，在部分地區(qū)，可能由于深部巖漿的侵入，導(dǎo)致巖石圈地幔物質(zhì)發(fā)生相變，形成新的間斷面；或者由于強(qiáng)烈的構(gòu)造變形，使得巖石圈地幔內(nèi)部的巖石發(fā)生破裂和錯動，產(chǎn)生間斷面。巖石圈地幔的各向異性特征也為研究其結(jié)構(gòu)和深部動力學(xué)提供了重要線索。通過對接收函數(shù)切向分量的分析，可以獲取巖石圈地幔的各向異性信息。在華北克拉通東北緣，巖石圈地幔的各向異性表現(xiàn)出明顯的區(qū)域差異。在佳木斯地塊和龍崗地塊，巖石圈地幔的快波方向主要呈現(xiàn)為近東西向，這可能與區(qū)域內(nèi)的古構(gòu)造應(yīng)力場有關(guān)。在古生代和中生代，該區(qū)域可能受到了近東西向構(gòu)造應(yīng)力的作用，導(dǎo)致巖石圈地幔中的礦物發(fā)生定向排列，從而形成了近東西向的各向異性。松嫩地塊的巖石圈地?？觳ǚ较騽t較為復(fù)雜，既有近南北向的部分，也有近東西向的部分，這可能反映了該區(qū)域在不同地質(zhì)時期受到了不同方向構(gòu)造應(yīng)力的影響。張廣才嶺造山帶的巖石圈地幔各向異性特征與區(qū)域構(gòu)造走向密切相關(guān)，快波方向大致平行于造山帶的走向，這表明造山帶的構(gòu)造變形對巖石圈地幔的各向異性產(chǎn)生了重要影響。郯廬斷裂帶北段附近的巖石圈地幔各向異性表現(xiàn)出明顯的異常，快波方向在斷裂帶兩側(cè)發(fā)生了明顯的變化，這可能是由于斷裂帶的強(qiáng)烈活動導(dǎo)致巖石圈地幔的變形和礦物定向排列發(fā)生改變。巖石圈地幔結(jié)構(gòu)與深部動力學(xué)機(jī)制密切相關(guān)。太平洋板塊的俯沖和古亞洲洋的閉合等構(gòu)造事件對華北克拉通東北緣巖石圈地幔結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了重要影響。太平洋板塊的俯沖導(dǎo)致深部地幔物質(zhì)的流動和變形，進(jìn)而影響巖石圈地幔的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)。俯沖帶附近的巖石圈地幔可能受到俯沖板片的拖拽和擠壓，導(dǎo)致巖石圈地幔厚度減薄、速度結(jié)構(gòu)改變以及各向異性特征發(fā)生變化。古亞洲洋的閉合過程中，板塊之間的碰撞和擠壓使得巖石圈地幔物質(zhì)發(fā)生重熔和混合，形成了復(fù)雜的巖石圈地幔結(jié)構(gòu)。深部地幔對流也可能對巖石圈地幔結(jié)構(gòu)產(chǎn)生重要影響。地幔對流的上升流和下降流區(qū)域，巖石圈地?？赡苁艿讲煌膽?yīng)力作用，導(dǎo)致速度結(jié)構(gòu)、間斷面分布和各向異性特征發(fā)生相應(yīng)的變化。在上升流區(qū)域，巖石圈地幔可能受到拉伸作用，厚度減薄，速度降低；在下降流區(qū)域，巖石圈地幔可能受到擠壓作用，厚度增加，速度升高。巖石圈地幔結(jié)構(gòu)的變化也會反過來影響深部動力學(xué)過程，如影響地幔對流的模式和強(qiáng)度，以及板塊運(yùn)動的驅(qū)動力等。3.3巖石圈厚度分布特征基于接收函數(shù)反演結(jié)果，我們繪制了華北克拉通東北緣巖石圈厚度分布圖（圖1），清晰展示了該區(qū)域巖石圈厚度的變化規(guī)律。整體而言，華北克拉通東北緣巖石圈厚度呈現(xiàn)出明顯的橫向不均勻性，在不同構(gòu)造單元之間存在顯著差異。在佳木斯地塊，巖石圈厚度相對較大，一般在120-150千米之間，平均厚度約為135千米。這一較大的巖石圈厚度表明佳木斯地塊具有相對穩(wěn)定的巖石圈結(jié)構(gòu)，可能與該地塊古老的地質(zhì)歷史和較少受到后期構(gòu)造運(yùn)動的強(qiáng)烈改造有關(guān)。佳木斯地塊作為華北克拉通東北緣最古老的構(gòu)造單元之一，其巖石圈在漫長的地質(zhì)演化過程中逐漸形成并穩(wěn)定下來，保留了相對較厚的巖石圈結(jié)構(gòu)。松嫩地塊的巖石圈厚度相對較薄，大致在80-120千米的范圍內(nèi)，平均厚度約為100千米。松嫩地塊在古生代和中生代經(jīng)歷了強(qiáng)烈的沉積和火山活動，這些地質(zhì)活動可能導(dǎo)致了巖石圈物質(zhì)的重新調(diào)整和部分巖石圈地幔的改造，從而使得巖石圈厚度相對減薄。強(qiáng)烈的火山活動可能導(dǎo)致深部地幔物質(zhì)上涌，與巖石圈地幔發(fā)生相互作用，改變了巖石圈地幔的物質(zhì)組成和結(jié)構(gòu)，進(jìn)而影響了巖石圈的厚度。張廣才嶺造山帶的巖石圈厚度變化較為復(fù)雜，從100千米到140千米不等，平均厚度約為120千米。這一復(fù)雜的厚度變化反映了該區(qū)域經(jīng)歷的復(fù)雜構(gòu)造演化歷史。在古生代晚期至中生代早期，佳木斯地塊與松嫩地塊的碰撞拼合形成了張廣才嶺造山帶，這一過程中伴隨著強(qiáng)烈的構(gòu)造變形、變質(zhì)作用和巖漿活動，使得巖石圈物質(zhì)發(fā)生強(qiáng)烈變形和重新分布，導(dǎo)致巖石圈厚度在不同部位存在較大差異。在碰撞帶附近，由于強(qiáng)烈的擠壓作用，巖石圈可能發(fā)生加厚；而在一些構(gòu)造薄弱區(qū)域，可能由于巖石圈地幔的部分流失或改造，導(dǎo)致巖石圈厚度相對減薄。龍崗地塊的巖石圈厚度約為130千米左右，與佳木斯地塊的巖石圈厚度較為接近，但略薄于佳木斯地塊。龍崗地塊與華北克拉通主體相連，在地質(zhì)演化過程中可能受到了華北克拉通主體構(gòu)造運(yùn)動的影響，同時也保留了自身的一些地質(zhì)特征，這些因素共同作用使得龍崗地塊的巖石圈厚度處于一個相對穩(wěn)定的范圍。郯廬斷裂帶北段附近的巖石圈厚度變化明顯，在斷裂帶兩側(cè)，巖石圈厚度存在一定的差異。斷裂帶東側(cè)的巖石圈厚度相對較薄，約為90-110千米，平均厚度約為100千米；而斷裂帶西側(cè)的巖石圈厚度相對較厚，大約在110-130千米之間，平均厚度約為120千米。郯廬斷裂帶作為一條大型走滑斷裂帶，其強(qiáng)烈的活動對巖石圈結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了重要影響。斷裂帶的走滑運(yùn)動可能導(dǎo)致巖石圈物質(zhì)的錯動和變形，使得斷裂帶兩側(cè)的巖石圈結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，從而導(dǎo)致巖石圈厚度出現(xiàn)差異。斷裂帶的活動還可能引發(fā)深部熱液的上涌和巖漿活動，進(jìn)一步改變巖石圈的物質(zhì)組成和結(jié)構(gòu)，影響巖石圈厚度。與周邊區(qū)域相比，華北克拉通東北緣巖石圈厚度呈現(xiàn)出獨(dú)特的特征。與華北克拉通主體相比，東北緣的巖石圈厚度在部分區(qū)域存在明顯差異。華北克拉通主體的巖石圈厚度在一些地區(qū)相對較厚，而東北緣的松嫩地塊和郯廬斷裂帶北段東側(cè)等區(qū)域巖石圈厚度相對較薄。這種差異可能與區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造演化的差異有關(guān)，華北克拉通主體在地質(zhì)歷史中可能經(jīng)歷了不同的構(gòu)造運(yùn)動和深部動力學(xué)過程，導(dǎo)致巖石圈厚度的變化與東北緣有所不同。與西伯利亞板塊和太平洋板塊相鄰區(qū)域相比，華北克拉通東北緣巖石圈厚度也表現(xiàn)出明顯的過渡特征。在與西伯利亞板塊相鄰的北部區(qū)域，巖石圈厚度逐漸增加，顯示出受到西伯利亞板塊構(gòu)造活動的影響；而在與太平洋板塊相鄰的東部區(qū)域，巖石圈厚度相對較薄，可能與太平洋板塊的俯沖作用導(dǎo)致的巖石圈改造有關(guān)。這種過渡特征反映了華北克拉通東北緣處于多個板塊相互作用的復(fù)雜構(gòu)造環(huán)境中，其巖石圈結(jié)構(gòu)受到了多種因素的共同影響。四、討論與分析4.1巖石圈結(jié)構(gòu)的地質(zhì)意義華北克拉通東北緣巖石圈結(jié)構(gòu)特征對該區(qū)域的地質(zhì)演化和構(gòu)造運(yùn)動具有重要的指示作用，深刻反映了其復(fù)雜的地質(zhì)歷史和深部動力學(xué)過程。巖石圈厚度的變化是地質(zhì)演化的重要標(biāo)志。佳木斯地塊相對較厚的巖石圈表明其具有古老且穩(wěn)定的地質(zhì)歷史。在太古宙和古元古代，佳木斯地塊經(jīng)歷了強(qiáng)烈的巖漿活動和變質(zhì)作用，地殼逐漸增厚并穩(wěn)定，形成了現(xiàn)今較厚的巖石圈結(jié)構(gòu)。這種厚巖石圈為地塊的長期穩(wěn)定提供了基礎(chǔ)，使其在后續(xù)的地質(zhì)演化中能夠較好地抵抗外部構(gòu)造應(yīng)力的影響，保持相對穩(wěn)定的構(gòu)造環(huán)境。與之相反，松嫩地塊較薄的巖石圈可能與古生代和中生代強(qiáng)烈的沉積和火山活動密切相關(guān)。這些活動導(dǎo)致巖石圈物質(zhì)的重新調(diào)整和部分巖石圈地幔的改造，使得巖石圈厚度相對減薄。沉積作用可能使大量沉積物堆積在巖石圈表面，增加了巖石圈的負(fù)荷，導(dǎo)致巖石圈發(fā)生變形和調(diào)整；火山活動則可能引發(fā)深部地幔物質(zhì)上涌，與巖石圈地幔發(fā)生相互作用，改變了巖石圈地幔的物質(zhì)組成和結(jié)構(gòu)，進(jìn)而影響了巖石圈的厚度。張廣才嶺造山帶巖石圈厚度的復(fù)雜變化，反映了該區(qū)域在古生代晚期至中生代早期經(jīng)歷的強(qiáng)烈碰撞造山運(yùn)動。佳木斯地塊與松嫩地塊的碰撞拼合，使得巖石圈物質(zhì)發(fā)生強(qiáng)烈變形和重新分布，在碰撞帶附近，由于強(qiáng)烈的擠壓作用，巖石圈發(fā)生加厚；而在一些構(gòu)造薄弱區(qū)域，可能由于巖石圈地幔的部分流失或改造，導(dǎo)致巖石圈厚度相對減薄。這種巖石圈厚度的變化過程記錄了造山帶的形成和演化歷史，對研究區(qū)域構(gòu)造運(yùn)動具有重要意義。巖石圈地幔的速度結(jié)構(gòu)、間斷面分布和各向異性特征也蘊(yùn)含著豐富的地質(zhì)信息。佳木斯地塊下方巖石圈地幔的相對高速特征，表明其物質(zhì)組成相對穩(wěn)定，可能保留了古老的巖石圈地幔特征，這與佳木斯地塊古老的地質(zhì)歷史相符合。松嫩地塊巖石圈地幔速度相對較低，可能是由于受到古生代和中生代強(qiáng)烈地質(zhì)活動的影響，導(dǎo)致巖石圈地幔物質(zhì)組成發(fā)生變化，速度降低。張廣才嶺造山帶巖石圈地幔速度結(jié)構(gòu)的橫向不均勻性，是該區(qū)域經(jīng)歷復(fù)雜構(gòu)造變形和變質(zhì)作用的結(jié)果。碰撞造山過程中，巖石圈地幔受到強(qiáng)烈的擠壓和變形，導(dǎo)致物質(zhì)重新分布，形成了速度結(jié)構(gòu)的不均勻性。巖石圈地幔內(nèi)部的間斷面分布與深部的巖漿活動、變質(zhì)作用或構(gòu)造變形密切相關(guān)。例如，深部巖漿的侵入可能導(dǎo)致巖石圈地幔物質(zhì)發(fā)生相變，形成新的間斷面；強(qiáng)烈的構(gòu)造變形可能使巖石圈地幔內(nèi)部的巖石發(fā)生破裂和錯動，產(chǎn)生間斷面。這些間斷面的存在反映了巖石圈地幔在地質(zhì)歷史時期經(jīng)歷的復(fù)雜演化過程。巖石圈地幔的各向異性特征則與區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場密切相關(guān)。佳木斯地塊和龍崗地塊巖石圈地?？觳ǚ较蛑饕尸F(xiàn)為近東西向，可能與區(qū)域內(nèi)的古構(gòu)造應(yīng)力場有關(guān)，在古生代和中生代，該區(qū)域可能受到了近東西向構(gòu)造應(yīng)力的作用，導(dǎo)致巖石圈地幔中的礦物發(fā)生定向排列，從而形成了近東西向的各向異性。松嫩地塊巖石圈地?？觳ǚ较虻膹?fù)雜性，反映了該區(qū)域在不同地質(zhì)時期受到了不同方向構(gòu)造應(yīng)力的影響。張廣才嶺造山帶巖石圈地幔各向異性特征與區(qū)域構(gòu)造走向密切相關(guān)，快波方向大致平行于造山帶的走向，表明造山帶的構(gòu)造變形對巖石圈地幔的各向異性產(chǎn)生了重要影響。巖石圈結(jié)構(gòu)對區(qū)域構(gòu)造運(yùn)動和深部動力學(xué)過程具有重要影響。巖石圈厚度和強(qiáng)度的變化會影響板塊運(yùn)動的方式和速度。較厚且強(qiáng)度較大的巖石圈能夠提供更大的阻力，減緩板塊運(yùn)動的速度；而較薄且強(qiáng)度較小的巖石圈則更容易受到外部構(gòu)造應(yīng)力的作用，導(dǎo)致板塊運(yùn)動的速度加快或運(yùn)動方式發(fā)生改變。巖石圈地幔的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)也會影響地幔對流的模式和強(qiáng)度。地幔對流是地球內(nèi)部熱量傳輸和物質(zhì)循環(huán)的重要機(jī)制，巖石圈地幔的速度結(jié)構(gòu)、各向異性等特征會影響地幔物質(zhì)的流動方向和速度，進(jìn)而影響地幔對流的模式和強(qiáng)度。巖石圈結(jié)構(gòu)與深部動力學(xué)過程之間存在著復(fù)雜的相互作用關(guān)系，這種相互作用對區(qū)域地質(zhì)演化和構(gòu)造運(yùn)動起著重要的控制作用。4.2巖石圈結(jié)構(gòu)與深部動力學(xué)過程華北克拉通東北緣巖石圈結(jié)構(gòu)與深部動力學(xué)過程密切相關(guān)，深部物質(zhì)運(yùn)動、熱狀態(tài)以及板塊相互作用對巖石圈結(jié)構(gòu)的形成和演化起到了關(guān)鍵的控制作用。深部物質(zhì)運(yùn)動是塑造巖石圈結(jié)構(gòu)的重要因素之一。地幔對流作為深部物質(zhì)運(yùn)動的主要形式，對巖石圈地幔的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)產(chǎn)生了深遠(yuǎn)影響。在華北克拉通東北緣，地幔對流的上升流和下降流區(qū)域，巖石圈地?？赡苁艿讲煌膽?yīng)力作用，導(dǎo)致速度結(jié)構(gòu)、間斷面分布和各向異性特征發(fā)生相應(yīng)的變化。在上升流區(qū)域，地幔物質(zhì)的上涌可能使巖石圈地幔受到拉伸作用，厚度減薄，速度降低；同時，上升的地幔物質(zhì)可能攜帶熱量和深部物質(zhì)，與巖石圈地幔發(fā)生相互作用，改變其物質(zhì)組成和結(jié)構(gòu)，進(jìn)而影響巖石圈的力學(xué)性質(zhì)和動力學(xué)過程。在下降流區(qū)域，巖石圈地幔可能受到擠壓作用，厚度增加，速度升高；下降的地幔物質(zhì)可能導(dǎo)致巖石圈地幔中的礦物發(fā)生相變和重結(jié)晶，形成新的巖石類型和結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步改變巖石圈的物理性質(zhì)。深部巖漿活動也是深部物質(zhì)運(yùn)動的重要表現(xiàn)形式。巖漿的侵入和噴發(fā)會改變巖石圈的物質(zhì)組成和結(jié)構(gòu)，形成新的巖石類型和構(gòu)造特征。在華北克拉通東北緣，中生代時期的大規(guī)模巖漿活動對巖石圈結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了重要影響，巖漿的侵入導(dǎo)致巖石圈地幔的局部重熔和改造，形成了一些低速異常區(qū)域；火山噴發(fā)則在地表形成了大量的火山巖，改變了地殼的物質(zhì)組成和結(jié)構(gòu)。巖石圈的熱狀態(tài)對其結(jié)構(gòu)和動力學(xué)過程也具有重要影響。巖石圈的熱狀態(tài)主要取決于地幔熱流、放射性元素衰變以及構(gòu)造運(yùn)動等因素。在華北克拉通東北緣，不同構(gòu)造單元的巖石圈熱狀態(tài)存在差異，這對巖石圈結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了顯著影響。佳木斯地塊由于其古老的地質(zhì)歷史和相對穩(wěn)定的構(gòu)造環(huán)境，巖石圈熱狀態(tài)相對較低，巖石圈地幔物質(zhì)相對穩(wěn)定，速度較高；而松嫩地塊在古生代和中生代經(jīng)歷了強(qiáng)烈的沉積和火山活動，這些活動可能導(dǎo)致巖石圈地幔物質(zhì)的部分熔融和熱擾動，使得巖石圈熱狀態(tài)相對較高，巖石圈地幔速度相對較低。巖石圈的熱狀態(tài)還會影響巖石的力學(xué)性質(zhì)和變形行為。在高溫條件下，巖石的強(qiáng)度降低，更容易發(fā)生塑性變形；而在低溫條件下，巖石的強(qiáng)度較高，更傾向于發(fā)生脆性變形。這種巖石力學(xué)性質(zhì)的變化會影響巖石圈的變形方式和構(gòu)造演化過程，例如，在巖石圈熱狀態(tài)較高的區(qū)域，可能更容易發(fā)生大規(guī)模的伸展構(gòu)造和裂谷作用；而在巖石圈熱狀態(tài)較低的區(qū)域，則可能更容易形成擠壓構(gòu)造和褶皺山脈。板塊相互作用是控制華北克拉通東北緣巖石圈結(jié)構(gòu)的重要外部因素。該區(qū)域處于多個板塊的交匯地帶，受到太平洋板塊俯沖和古亞洲洋閉合等構(gòu)造事件的強(qiáng)烈影響。太平洋板塊向歐亞板塊的俯沖，導(dǎo)致深部地幔物質(zhì)的流動和變形，進(jìn)而影響巖石圈地幔的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)。俯沖帶附近的巖石圈地?？赡苁艿礁_板片的拖拽和擠壓，導(dǎo)致巖石圈地幔厚度減薄、速度結(jié)構(gòu)改變以及各向異性特征發(fā)生變化。俯沖板片的脫水作用可能導(dǎo)致地幔楔中的部分熔融，形成巖漿，這些巖漿上升侵入巖石圈，進(jìn)一步改變巖石圈的物質(zhì)組成和結(jié)構(gòu)。古亞洲洋的閉合過程中，板塊之間的碰撞和擠壓使得巖石圈地幔物質(zhì)發(fā)生重熔和混合，形成了復(fù)雜的巖石圈地幔結(jié)構(gòu)。在碰撞帶附近，巖石圈可能發(fā)生強(qiáng)烈的變形和加厚，形成山脈和高原；同時，深部地幔物質(zhì)的重熔和混合也會導(dǎo)致巖石圈地幔的速度結(jié)構(gòu)和各向異性特征發(fā)生變化。華北克拉通東北緣巖石圈結(jié)構(gòu)是深部物質(zhì)運(yùn)動、熱狀態(tài)和板塊相互作用等多種因素共同作用的結(jié)果。這些因素之間相互影響、相互制約，共同塑造了該區(qū)域復(fù)雜的巖石圈結(jié)構(gòu)和深部動力學(xué)過程。深入研究巖石圈結(jié)構(gòu)與深部動力學(xué)過程的關(guān)系，對于理解地球內(nèi)部的物質(zhì)循環(huán)、能量傳輸以及地質(zhì)演化歷史具有重要意義，也為區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害的預(yù)測和防治、礦產(chǎn)資源的勘探和開發(fā)等提供了重要的理論依據(jù)。4.3與其他研究結(jié)果的對比為了更全面地理解華北克拉通東北緣巖石圈結(jié)構(gòu)，將本研究結(jié)果與其他學(xué)者利用不同地球物理方法獲得的研究成果進(jìn)行對比分析是十分必要的。不同地球物理方法從不同角度對巖石圈結(jié)構(gòu)進(jìn)行探測，其結(jié)果的對比可以為我們提供更豐富的信息，有助于驗(yàn)證和深化我們對該區(qū)域巖石圈結(jié)構(gòu)的認(rèn)識。在巖石圈厚度方面，本研究通過接收函數(shù)方法得到的結(jié)果與部分學(xué)者利用面波層析成像和大地電磁測深等方法的研究成果既有相似之處，也存在一定差異。利用面波層析成像方法研究華北克拉通東北緣巖石圈結(jié)構(gòu)的結(jié)果顯示，佳木斯地塊的巖石圈厚度約為120-140千米，與本研究中佳木斯地塊巖石圈厚度在120-150千米之間的結(jié)果較為接近，都表明佳木斯地塊具有相對較厚的巖石圈。這說明不同地球物理方法在揭示佳木斯地塊巖石圈厚度的大致范圍上具有一定的一致性，進(jìn)一步驗(yàn)證了該區(qū)域巖石圈厚度特征的可靠性。然而，在松嫩地塊，面波層析成像結(jié)果顯示巖石圈厚度約為90-110千米，略厚于本研究中松嫩地塊巖石圈厚度在80-120千米的結(jié)果。這種差異可能是由于不同方法對巖石圈底部界面的定義和識別存在差異。面波層析成像主要通過分析面波的頻散特征來反演巖石圈結(jié)構(gòu)，其對巖石圈底部界面的確定是基于面波能量的衰減和速度結(jié)構(gòu)的變化；而接收函數(shù)方法則是通過提取遠(yuǎn)震P波在巖石圈內(nèi)部界面的轉(zhuǎn)換波信息來確定巖石圈厚度，對巖石圈底部界面的識別更為直接。不同方法所使用的數(shù)據(jù)和反演算法也可能導(dǎo)致結(jié)果的差異。面波層析成像需要大量的面波數(shù)據(jù)進(jìn)行聯(lián)合反演，數(shù)據(jù)的質(zhì)量和分布情況會影響反演結(jié)果的精度；接收函數(shù)方法則對遠(yuǎn)震數(shù)據(jù)的質(zhì)量和臺站分布有較高要求，不同的臺站布局和數(shù)據(jù)處理方法也可能導(dǎo)致巖石圈厚度計算結(jié)果的不同。利用大地電磁測深方法研究華北克拉通東北緣巖石圈結(jié)構(gòu)時，得到的巖石圈厚度結(jié)果與本研究也存在一定差異。在郯廬斷裂帶北段附近，大地電磁測深結(jié)果顯示巖石圈厚度變化相對較小，而本研究通過接收函數(shù)方法發(fā)現(xiàn)該區(qū)域巖石圈厚度在斷裂帶兩側(cè)存在明顯差異，斷裂帶東側(cè)巖石圈厚度相對較薄，西側(cè)相對較厚。這種差異可能是由于大地電磁測深主要反映的是巖石圈的電性結(jié)構(gòu)，而接收函數(shù)方法反映的是巖石圈的速度結(jié)構(gòu)，兩者對巖石圈結(jié)構(gòu)的敏感程度和探測深度范圍不同。巖石圈的電性結(jié)構(gòu)和速度結(jié)構(gòu)受到多種因素的影響，包括巖石的成分、礦物組成、孔隙度、流體含量等，這些因素在不同區(qū)域的變化可能導(dǎo)致兩種方法得到的巖石圈厚度結(jié)果不一致。在巖石圈地幔速度結(jié)構(gòu)和各向異性方面，與其他地球物理方法的對比也揭示了一些異同點(diǎn)。利用地震體波層析成像方法研究華北克拉通東北緣巖石圈地幔速度結(jié)構(gòu)的結(jié)果表明，在張廣才嶺造山帶，存在明顯的低速異常區(qū)域，這與本研究中通過接收函數(shù)分析得到的該區(qū)域巖石圈地幔速度結(jié)構(gòu)不均勻、存在低速異常的結(jié)果相吻合。這進(jìn)一步證實(shí)了張廣才嶺造山帶在地質(zhì)歷史時期經(jīng)歷了復(fù)雜的構(gòu)造變形和變質(zhì)作用，導(dǎo)致巖石圈地幔物質(zhì)組成和結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，形成了低速異常區(qū)域。然而，在巖石圈地幔各向異性特征方面，不同方法的結(jié)果存在一定差異。利用剪切波分裂方法研究得到的巖石圈地?？觳ǚ较蛟诓糠謪^(qū)域與本研究通過接收函數(shù)切向分量分析得到的結(jié)果不同。這可能是由于剪切波分裂方法主要通過分析地震波在各向異性介質(zhì)中傳播時產(chǎn)生的剪切波分裂現(xiàn)象來確定各向異性特征，其結(jié)果受到地震波傳播路徑和介質(zhì)不均勻性的影響較大；而接收函數(shù)切向分量分析則是基于遠(yuǎn)震P波在巖石圈地幔中的轉(zhuǎn)換波信息來研究各向異性，兩者的原理和數(shù)據(jù)處理方法不同，導(dǎo)致對巖石圈地幔各向異性的探測結(jié)果存在差異。綜合對比不同地球物理方法的研究結(jié)果，可以發(fā)現(xiàn)雖然不同方法在揭示華北克拉通東北緣巖石圈結(jié)構(gòu)的某些特征上具有一定的一致性，但由于各種方法的原理、數(shù)據(jù)和反演算法的差異，也存在一些差異。在未來的研究中，應(yīng)進(jìn)一步綜合運(yùn)用多種地球物理方法，結(jié)合地質(zhì)和地球化學(xué)等多學(xué)科資料，進(jìn)行聯(lián)合反演和綜合分析，以更全面、準(zhǔn)確地揭示華北克拉通東北緣巖石圈結(jié)構(gòu)及其演化機(jī)制。通過多種方法的相互驗(yàn)證和補(bǔ)充，可以提高對巖石圈結(jié)構(gòu)認(rèn)識的可靠性和精度，為深入研究地球內(nèi)部動力學(xué)過程提供更堅實(shí)的基礎(chǔ)。五、結(jié)論與展望5.1研究主要成果總結(jié)本研究利用接收函數(shù)方法，對華北克拉通東北緣巖石圈結(jié)構(gòu)進(jìn)行了深入研究，取得了一系列重要成果，為理解該區(qū)域的地質(zhì)演化和深部動力學(xué)過程提供了關(guān)鍵的地球物理依據(jù)。在巖石圈結(jié)構(gòu)特征方面，精確揭示了華北克拉通東北緣地殼結(jié)構(gòu)在橫向和垂向上的顯著變化。地殼厚度在不同構(gòu)造單元存在明顯差異，佳木斯地塊地殼厚度約35-40千米，松嫩地塊約30-35千米，張廣才嶺造山帶在32-38千米之間，龍崗地塊約35千米，郯廬斷裂帶北段附近地殼厚度變化明顯。速度結(jié)構(gòu)上，上地殼速度約5.8-6.2千米/秒，下地殼速度約6.8-7.2千米/秒，且在一些區(qū)域存在橫向不均勻性，如張廣才嶺造山帶和郯廬斷裂帶北段附近。巖石圈地幔結(jié)構(gòu)同樣復(fù)雜，佳木斯地塊下方巖石圈地幔呈相對高速，松嫩地塊速度相對較低，張廣才嶺造山帶速度結(jié)構(gòu)橫向不均勻，巖石圈-軟流圈界面深度在不同區(qū)域變化明顯，各向異