基于接收函數(shù)方法的福建地區(qū)地殼與上地幔結(jié)構(gòu)特征解析一、引言1.1研究背景與意義地球深部結(jié)構(gòu)研究在地球科學(xué)領(lǐng)域占據(jù)著至關(guān)重要的地位，是了解地球內(nèi)部物理性質(zhì)、演化歷程以及動力學(xué)過程的關(guān)鍵途徑。地球內(nèi)部宛如一個巨大且復(fù)雜的“黑箱”，蘊(yùn)含著無數(shù)關(guān)于地球起源、發(fā)展和未來變化的奧秘。地殼和上地幔作為地球內(nèi)部結(jié)構(gòu)的重要組成部分，其結(jié)構(gòu)特征對于解釋諸多地質(zhì)現(xiàn)象、理解地球演化歷史以及評估地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險等方面都具有不可或缺的作用。例如，地殼厚度的變化與山脈的形成、盆地的演化密切相關(guān)；上地幔的物質(zhì)組成和流動狀態(tài)則對板塊運(yùn)動、火山活動等起著決定性的影響。接收函數(shù)方法作為研究地球深部結(jié)構(gòu)的重要手段之一，在揭示地殼與上地幔結(jié)構(gòu)特征方面展現(xiàn)出獨特的優(yōu)勢。該方法主要基于地震學(xué)原理，通過對遠(yuǎn)震P波波形數(shù)據(jù)的處理和分析，獲取地球內(nèi)部不同深度界面的信息。當(dāng)遠(yuǎn)震P波傳播至地球內(nèi)部時，會在不同波阻抗界面發(fā)生反射、折射和轉(zhuǎn)換等現(xiàn)象，接收函數(shù)正是對這些復(fù)雜波場信息的有效提取和刻畫。通過對接收函數(shù)的深入研究，可以精確反演地殼厚度、上地幔速度結(jié)構(gòu)、殼內(nèi)泊松比以及各界面的起伏形態(tài)等關(guān)鍵參數(shù)，為地球深部結(jié)構(gòu)模型的構(gòu)建提供詳實的數(shù)據(jù)支持。福建地區(qū)地處中國東南沿海，特殊的地理位置使其在地球內(nèi)部研究中具有不可替代的關(guān)鍵地位。從地質(zhì)構(gòu)造角度來看，福建地區(qū)位于歐亞板塊與菲律賓板塊的相互作用地帶，受到板塊俯沖、碰撞等強(qiáng)烈構(gòu)造運(yùn)動的影響，區(qū)內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造極為復(fù)雜，地殼厚度變化顯著，上地幔物質(zhì)流動活躍。這種復(fù)雜的地質(zhì)背景使得福建地區(qū)成為研究板塊相互作用、地殼演化以及深部動力學(xué)過程的天然實驗室。例如，在過去的地質(zhì)歷史時期，菲律賓板塊向歐亞板塊的俯沖作用導(dǎo)致福建地區(qū)地殼發(fā)生強(qiáng)烈變形和隆升，形成了現(xiàn)今復(fù)雜多樣的地形地貌和地質(zhì)構(gòu)造格局。本研究聚焦福建地區(qū)，利用接收函數(shù)方法深入探究其地殼與上地幔結(jié)構(gòu)特征，具有多方面的重要價值。在區(qū)域地質(zhì)認(rèn)知方面，有助于深入了解福建地區(qū)地質(zhì)構(gòu)造的形成機(jī)制和演化歷史，進(jìn)一步完善對該地區(qū)地質(zhì)背景的認(rèn)識。通過精確確定地殼厚度和上地幔速度結(jié)構(gòu)的空間分布，能夠為研究區(qū)域內(nèi)的山脈隆升、盆地沉降等地質(zhì)過程提供深部結(jié)構(gòu)約束，揭示板塊相互作用在該地區(qū)留下的深部構(gòu)造印記。在災(zāi)害防治領(lǐng)域，福建地區(qū)地處東南沿海，地震、海嘯等地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)，深入了解地殼與上地幔結(jié)構(gòu)特征對于準(zhǔn)確評估地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險、提高災(zāi)害預(yù)警能力具有重要意義。地殼結(jié)構(gòu)的不均勻性和上地幔物質(zhì)的異常分布往往與地震的孕育和發(fā)生密切相關(guān)，通過本研究獲取的深部結(jié)構(gòu)信息，可以為地震活動規(guī)律的研究提供重要依據(jù)，有助于制定更加科學(xué)有效的災(zāi)害防治策略，保障當(dāng)?shù)厝嗣竦纳敭a(chǎn)安全。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀接收函數(shù)方法自提出以來，在國內(nèi)外地球深部結(jié)構(gòu)研究領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用和深入發(fā)展。在國外，早期研究主要集中在理論方法的探索與完善，眾多學(xué)者致力于接收函數(shù)的計算方法、反演算法以及對不同地質(zhì)構(gòu)造區(qū)域的適用性研究。例如，Langston在1977年首次提出利用遠(yuǎn)震P波波形反褶積獲取接收函數(shù)的方法，為后續(xù)研究奠定了基礎(chǔ)。隨后，許多學(xué)者對反褶積算法進(jìn)行改進(jìn)，以提高接收函數(shù)的分辨率和準(zhǔn)確性，如最大熵譜反褶積方法的應(yīng)用，有效增強(qiáng)了對弱震相的識別能力。在實際應(yīng)用方面，國外利用接收函數(shù)方法對全球多個典型地質(zhì)構(gòu)造區(qū)域進(jìn)行了深入研究。在板塊邊界地區(qū)，通過對接收函數(shù)的分析，精確揭示了板塊俯沖帶的深部結(jié)構(gòu)特征，包括俯沖板塊的幾何形態(tài)、俯沖角度以及地殼與上地幔之間的相互作用關(guān)系。研究發(fā)現(xiàn)，在一些俯沖帶地區(qū)，地殼厚度變化顯著，上地幔存在明顯的低速異常區(qū)域，這與板塊俯沖過程中物質(zhì)的運(yùn)移和變形密切相關(guān)。在大陸內(nèi)部的克拉通地區(qū)，接收函數(shù)研究揭示了其古老穩(wěn)定地殼的厚度、速度結(jié)構(gòu)以及殼內(nèi)分層特征，為理解克拉通的演化歷史提供了重要依據(jù)。例如，對北美克拉通的研究表明，其地殼厚度相對穩(wěn)定，殼內(nèi)結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)明顯的分層性，且上地幔頂部速度較高，反映了克拉通地區(qū)長期穩(wěn)定的地質(zhì)演化過程。國內(nèi)接收函數(shù)研究起步相對較晚，但發(fā)展迅速。早期主要是引進(jìn)和借鑒國外的先進(jìn)理論與技術(shù)，開展一些區(qū)域性的初步研究工作。隨著國內(nèi)地震觀測臺網(wǎng)的不斷完善和加密，為接收函數(shù)研究提供了豐富的數(shù)據(jù)資源，國內(nèi)學(xué)者在該領(lǐng)域取得了一系列重要成果。在華北地區(qū)，眾多研究利用接收函數(shù)方法詳細(xì)探究了地殼上地幔速度結(jié)構(gòu)及其與地質(zhì)構(gòu)造演化的關(guān)系。研究發(fā)現(xiàn)，華北地區(qū)地殼厚度在空間上存在明顯變化，在燕山造山帶和華北克拉通的交界處，地殼明顯變薄，同時伴隨著地幔物質(zhì)的上升，這與該地區(qū)復(fù)雜的構(gòu)造運(yùn)動和巖石圈演化密切相關(guān)；而在張北凹陷地區(qū)則存在較明顯的地殼增厚現(xiàn)象，可能與區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力作用和深部物質(zhì)的堆積有關(guān)。在東北地區(qū)，通過接收函數(shù)研究揭示了該地區(qū)地殼厚度、殼內(nèi)泊松比以及上地幔間斷面的起伏特征，為探討太平洋板塊俯沖形態(tài)以及長白山火山的起源提供了關(guān)鍵線索。研究結(jié)果顯示，東北地區(qū)地殼厚度在26-44km之間，呈現(xiàn)中間薄、兩側(cè)厚的格局，殼內(nèi)泊松比分布呈現(xiàn)中間高、兩邊低的態(tài)勢，長白山火山下方具有較高的泊松比，暗示其下方巖石可能存在局部熔融，這與長白山火山的活動密切相關(guān)。針對福建地區(qū)，已有一些利用接收函數(shù)方法開展的研究工作。黃暉等人利用在福建地區(qū)布置的12個寬頻帶數(shù)字地震流動臺站和8個固定臺站記錄的遠(yuǎn)震P波波形數(shù)據(jù)進(jìn)行接收函數(shù)計算，運(yùn)用H-k搜索疊加方法得到了研究區(qū)的平均地殼厚度與波速比，并運(yùn)用接收函數(shù)反演方法得到了0-80km范圍內(nèi)的地殼和上地幔S波速度結(jié)構(gòu)。研究表明，福建地區(qū)地殼厚度在28.4-32.8km范圍內(nèi)，從內(nèi)陸到沿海變薄，從南到北變厚；沿著NW-SE方向，泊松比分布有分帶特征，沿海地區(qū)泊松比高于內(nèi)陸地區(qū)；同時揭示該地區(qū)地殼可分為上、中、下地殼，地殼結(jié)構(gòu)橫向差異較明顯，多個臺站下方可發(fā)現(xiàn)殼內(nèi)低速層，沿海地區(qū)上地幔頂部平均速度相對低，可能暗示了深部存在熱異常區(qū)域。袁麗文和鄭斯華利用遠(yuǎn)震接收函數(shù)反演福建地區(qū)寬頻帶臺站下方莫霍界面深度，為福建地區(qū)地殼結(jié)構(gòu)研究提供了重要參考。然而，目前福建地區(qū)的研究仍存在一定局限性。一方面，研究區(qū)域覆蓋范圍不夠全面，部分地區(qū)數(shù)據(jù)較為稀疏，導(dǎo)致對整體結(jié)構(gòu)特征的認(rèn)識存在一定偏差；另一方面，研究方法相對單一，缺乏多種方法的綜合對比分析，對一些復(fù)雜地質(zhì)現(xiàn)象的解釋存在不確定性。同時，對于地殼與上地幔結(jié)構(gòu)的動態(tài)演化過程以及與區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害的內(nèi)在聯(lián)系研究不夠深入，有待進(jìn)一步加強(qiáng)。本研究將在現(xiàn)有研究基礎(chǔ)上，進(jìn)一步優(yōu)化接收函數(shù)方法，增加臺站數(shù)據(jù)的覆蓋范圍，結(jié)合多種地球物理方法進(jìn)行綜合分析，旨在更全面、深入地揭示福建地區(qū)地殼與上地幔結(jié)構(gòu)特征，彌補(bǔ)現(xiàn)有研究的不足，為該地區(qū)地質(zhì)演化、地震災(zāi)害防治等研究提供更堅實的數(shù)據(jù)支撐和理論依據(jù)。二、接收函數(shù)方法原理與數(shù)據(jù)處理2.1接收函數(shù)方法基本原理2.1.1遠(yuǎn)震P波波形與影響因素遠(yuǎn)震P波波形蘊(yùn)含著關(guān)于地球內(nèi)部結(jié)構(gòu)的豐富信息，這些信息的解讀對于深入了解地球深部特征至關(guān)重要。從信息構(gòu)成來看，遠(yuǎn)震P波波形主要包含震源時間函數(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)等多方面的信息。震源時間函數(shù)，作為地震波起始階段的關(guān)鍵要素，反映了地震發(fā)生時刻能量釋放的時間分布特征。不同類型的地震事件，其震源時間函數(shù)存在顯著差異，例如淺源地震和深源地震的震源時間函數(shù)在持續(xù)時間、能量釋放速率等方面都有所不同。源區(qū)介質(zhì)結(jié)構(gòu)對P波波形有著重要影響，源區(qū)介質(zhì)的不均勻性會導(dǎo)致地震波在傳播初期發(fā)生散射、折射等現(xiàn)象，從而改變波形的形態(tài)和振幅。如果源區(qū)存在斷層、褶皺等復(fù)雜地質(zhì)構(gòu)造，地震波在這些結(jié)構(gòu)中傳播時會產(chǎn)生額外的反射和轉(zhuǎn)換波，使P波波形變得更加復(fù)雜。上地幔傳播路徑是P波傳播過程中的重要環(huán)節(jié)，上地幔的物質(zhì)組成和物理性質(zhì)在空間上存在變化，這使得P波在上地幔傳播時經(jīng)歷不同的傳播條件。上地幔中存在的低速層和高速層會導(dǎo)致P波速度發(fā)生變化，進(jìn)而影響P波到達(dá)接收臺站的到時。上地幔的各向異性特征也會使P波在傳播過程中產(chǎn)生偏振方向的改變，進(jìn)一步影響P波波形的特征。接收區(qū)介質(zhì)結(jié)構(gòu)，即臺站下方的地殼和上地幔結(jié)構(gòu)，是我們研究的重點對象。當(dāng)?shù)卣餚波傳播至接收區(qū)時，會在不同波阻抗界面發(fā)生反射、折射和轉(zhuǎn)換等現(xiàn)象，這些現(xiàn)象產(chǎn)生的后續(xù)波場信息包含了接收區(qū)介質(zhì)結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵特征，如界面的深度、速度變化等。這些影響機(jī)制與遠(yuǎn)震P波波形之間存在著復(fù)雜的數(shù)學(xué)關(guān)系，可用數(shù)學(xué)表達(dá)式來描述：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)，它是多個影響因素綜合作用的結(jié)果；S(t)為震源時間函數(shù)，決定了地震能量釋放的初始時間特性；M_S(t)為近源介質(zhì)結(jié)構(gòu)響應(yīng)，反映了震源附近介質(zhì)對地震波的初始作用；M_{Ray}(t)為P波在地幔中傳播的透射響應(yīng)，體現(xiàn)了上地幔傳播路徑對P波的影響；M_R(t)為臺站下方接收介質(zhì)的響應(yīng)，這是我們關(guān)注的用于反演臺站下方地殼、上地幔速度結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵信息；I(t)為儀器響應(yīng)，與地震監(jiān)測儀器的性能和特性相關(guān)。在這些因素中，儀器響應(yīng)I(t)相對較為明確，可通過儀器的校準(zhǔn)和標(biāo)定來確定。而震源時間函數(shù)S(t)、近源介質(zhì)結(jié)構(gòu)響應(yīng)M_S(t)以及P波在地幔中傳播的透射響應(yīng)M_{Ray}(t)往往難以準(zhǔn)確確定。它們受到多種復(fù)雜因素的影響，如震源的物理過程、源區(qū)和傳播路徑上的地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜性等，這些因素的不確定性使得對它們的精確描述變得十分困難。然而，臺站下方接收介質(zhì)的響應(yīng)M_R(t)才是我們研究的核心目標(biāo)，它包含了關(guān)于臺站下方地殼和上地幔速度結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵信息，這些信息對于揭示地球內(nèi)部結(jié)構(gòu)、理解地質(zhì)構(gòu)造演化以及評估地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險等方面具有重要意義。因此，如何從復(fù)雜的遠(yuǎn)震P波波形中有效地分離出臺站下方接收介質(zhì)的響應(yīng)，成為接收函數(shù)方法的關(guān)鍵任務(wù)。2.1.2接收函數(shù)的求取為了從遠(yuǎn)震P波波形中提取出臺站下方接收介質(zhì)的響應(yīng)，Langston在1979年提出了震源等效化方法，這一方法為獲取接收函數(shù)奠定了重要基礎(chǔ)。該方法基于一定的假設(shè)條件，旨在消除有效震源時間函數(shù)對遠(yuǎn)震P波波形的影響，從而得到純粹反映接收區(qū)介質(zhì)結(jié)構(gòu)的接收函數(shù)。從理論基礎(chǔ)來看，假設(shè)從一系列水平分層或傾斜分層介質(zhì)底部入射的平面P波產(chǎn)生的地表位移響應(yīng)在時間域可表示為：\begin{cases}D_V(t)=S(t)*I(t)*E_V(t)\\D_R(t)=S(t)*I(t)*E_R(t)\\D_T(t)=S(t)*I(t)*E_T(t)\end{cases}其中，S(t)代表入射平面波的有效震源時間函數(shù)，它反映了地震波從震源發(fā)出時的時間特性；I(t)代表儀器的脈沖響應(yīng)，與地震監(jiān)測儀器的性能和響應(yīng)特性相關(guān)；E_V(t)、E_R(t)、E_T(t)分別代表介質(zhì)結(jié)構(gòu)脈沖響應(yīng)的垂直分量、徑向分量和切向分量，它們包含了介質(zhì)結(jié)構(gòu)對地震波的作用信息。通過大量對波形簡單的遠(yuǎn)震事件的觀測以及理論計算發(fā)現(xiàn)，深源遠(yuǎn)震地表位移的垂直分量具有特殊的性質(zhì)。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。基于這些觀測和理論結(jié)果，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)在這一假設(shè)條件下，地表位移的垂直分量D_V(t)可近似為儀器響應(yīng)I(t)和有效震源時間函數(shù)S(t)的褶積，即：D_V(t)\approxS(t)*I(t)這一近似關(guān)系具有重要意義，它使得地表位移的垂直分量可以作為與接收介質(zhì)響應(yīng)無關(guān)的遠(yuǎn)震P波波形的影響因素?；诖耍覀兛梢岳么怪狈至縼硐行д鹪磿r間函數(shù)對遠(yuǎn)震P波波形的影響。如果三分量地震儀脈沖響應(yīng)都一致的話，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徑向分量和切向分量的介質(zhì)結(jié)構(gòu)響應(yīng)。在頻率域，這一過程可表示成：\begin{cases}R(\omega)=\frac{D_R(\omega)}{D_V(\omega)}\\T(\omega)=\frac{D_T(\omega)}{D_V(\omega)}\end{cases}其中，R(\omega)和T(\omega)分別為頻率域下的徑向接收函數(shù)和切向接收函數(shù)，D_R(\omega)、D_T(\omega)、D_V(\omega)分別為徑向分量、切向分量和垂直分量在頻率域下的表示。通過上述頻率域的反褶積運(yùn)算，得到徑向和切向的介質(zhì)結(jié)構(gòu)響應(yīng)后，再將R(\omega)和T(\omega)分別反變換回時間域，就可得到介質(zhì)結(jié)構(gòu)響應(yīng)的徑向分量和切向分量，也就是所謂的徑向接收函數(shù)和切向接收函數(shù)。然而，在實際應(yīng)用中，由于實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在1971年提出的頻率域反褶積穩(wěn)定算法。該算法通過引入一些約束條件和數(shù)學(xué)處理方法，有效地解決了因有限帶寬和噪聲干擾導(dǎo)致的計算不穩(wěn)定問題，使得在實際地震數(shù)據(jù)處理中能夠更可靠地獲取接收函數(shù)。2.2數(shù)據(jù)采集與處理流程2.2.1地震數(shù)據(jù)的獲取在本次針對福建地區(qū)地殼與上地幔結(jié)構(gòu)特征的研究中，地震數(shù)據(jù)的獲取是關(guān)鍵的起始環(huán)節(jié)。數(shù)據(jù)來源主要依托福建地區(qū)現(xiàn)有的地震監(jiān)測臺站網(wǎng)絡(luò)，該網(wǎng)絡(luò)涵蓋了多個固定臺站以及在研究期間臨時增設(shè)的流動臺站，共同構(gòu)成了對福建地區(qū)地震信號的全方位監(jiān)測體系。福建地區(qū)固定臺站分布廣泛，這些臺站長期穩(wěn)定運(yùn)行，積累了大量豐富的地震監(jiān)測數(shù)據(jù)。它們均勻地分布在福建各地，包括沿海地區(qū)、內(nèi)陸山區(qū)等不同地質(zhì)地貌區(qū)域，能夠有效捕捉來自不同方向和深度的地震信號。流動臺站則根據(jù)研究區(qū)域的重點和需求，有針對性地部署在一些數(shù)據(jù)相對薄弱或地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜的區(qū)域，如主要斷裂帶附近、山脈與平原過渡地帶等。這些流動臺站的靈活設(shè)置，彌補(bǔ)了固定臺站分布的不足，進(jìn)一步提高了數(shù)據(jù)采集的空間分辨率，確保能夠全面覆蓋福建地區(qū)復(fù)雜多樣的地質(zhì)構(gòu)造區(qū)域。本次研究的數(shù)據(jù)采集時間范圍設(shè)定在[具體時間區(qū)間]，這一時間段的選擇綜合考慮了多方面因素。從地震活動的周期性來看，該時間段內(nèi)福建地區(qū)地震活動相對活躍，能夠獲取到足夠數(shù)量且具有代表性的地震事件數(shù)據(jù)。同時，這一時期內(nèi)地震監(jiān)測設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定，數(shù)據(jù)質(zhì)量可靠，能夠滿足接收函數(shù)方法對數(shù)據(jù)精度和穩(wěn)定性的要求。在數(shù)據(jù)采集條件方面，對地震事件的震級、震中距等參數(shù)進(jìn)行了嚴(yán)格篩選。震級要求在[具體震級范圍]以上，以確保地震信號具有足夠的能量和清晰度，便于后續(xù)的數(shù)據(jù)處理和分析；震中距則限定在[具體震中距范圍]，這樣可以保證地震波在傳播過程中經(jīng)過福建地區(qū)的地殼和上地幔，攜帶了該地區(qū)深部結(jié)構(gòu)的有效信息。通過對這些符合條件的地震事件進(jìn)行持續(xù)監(jiān)測和數(shù)據(jù)記錄，共獲取了[X]條高質(zhì)量的地震記錄。這些豐富的數(shù)據(jù)資源為后續(xù)利用接收函數(shù)方法深入研究福建地區(qū)地殼與上地幔結(jié)構(gòu)特征奠定了堅實的基礎(chǔ)，使得我們能夠從大量的數(shù)據(jù)中提取出準(zhǔn)確、可靠的地球深部結(jié)構(gòu)信息，為揭示福建地區(qū)復(fù)雜的地質(zhì)構(gòu)造奧秘提供有力的數(shù)據(jù)支持。2.2.2數(shù)據(jù)預(yù)處理步驟在獲取原始地震數(shù)據(jù)后，為了確保數(shù)據(jù)質(zhì)量，使其滿足接收函數(shù)計算和后續(xù)分析的要求，需要對數(shù)據(jù)進(jìn)行一系列細(xì)致的預(yù)處理操作。這些預(yù)處理步驟涵蓋了多個關(guān)鍵方面，每個環(huán)節(jié)都對數(shù)據(jù)的可用性和分析結(jié)果的準(zhǔn)確性有著重要影響。時間對準(zhǔn)是預(yù)處理的首要步驟，其目的在于消除不同臺站之間由于時鐘誤差或數(shù)據(jù)傳輸延遲等因素導(dǎo)致的時間差異。在實際地震監(jiān)測過程中，盡管各臺站都配備了高精度的時鐘系統(tǒng)，但由于各種不可避免的因素，仍然可能存在細(xì)微的時間偏差。這種時間偏差如果不加以糾正，會導(dǎo)致后續(xù)分析中地震波到時的計算出現(xiàn)誤差，進(jìn)而影響接收函數(shù)的準(zhǔn)確性。為了實現(xiàn)時間對準(zhǔn)，我們采用了高精度的時間同步技術(shù)，通過與全球定位系統(tǒng)（GPS）等高精度時間源進(jìn)行實時比對和校準(zhǔn)，確保各臺站記錄的地震數(shù)據(jù)在時間上具有高度的一致性。具體操作時，首先對每個臺站的地震數(shù)據(jù)進(jìn)行時間標(biāo)記，記錄下數(shù)據(jù)采集的精確時刻；然后，利用專業(yè)的時間校準(zhǔn)軟件，根據(jù)GPS提供的標(biāo)準(zhǔn)時間，對各臺站數(shù)據(jù)的時間標(biāo)記進(jìn)行調(diào)整，使得所有臺站的數(shù)據(jù)在時間軸上實現(xiàn)精確對齊。經(jīng)過時間對準(zhǔn)處理后，各臺站數(shù)據(jù)的時間誤差被控制在極小的范圍內(nèi)，為后續(xù)的數(shù)據(jù)分析提供了準(zhǔn)確的時間基準(zhǔn)。傅里葉變換在數(shù)據(jù)預(yù)處理中起著關(guān)鍵作用，它將地震數(shù)據(jù)從時間域轉(zhuǎn)換到頻率域，使我們能夠從不同頻率成分的角度來分析地震信號的特征。地震信號是一個復(fù)雜的時間序列，包含了多種頻率成分，這些頻率成分蘊(yùn)含著豐富的地質(zhì)信息。通過傅里葉變換，可以將地震信號分解為不同頻率的正弦和余弦波的疊加，從而清晰地展示出信號中各個頻率成分的振幅和相位信息。在實際應(yīng)用中，我們利用快速傅里葉變換（FFT）算法，對每個地震道的數(shù)據(jù)進(jìn)行快速高效的變換，得到其頻率域表示。在頻率域中，可以對地震信號進(jìn)行各種濾波處理，如高通濾波、低通濾波和帶通濾波等，以去除噪聲和干擾信號，突出我們關(guān)注的頻率成分。通過高通濾波可以去除地震信號中的低頻噪聲，這些低頻噪聲可能來自于儀器的漂移、地球的長周期運(yùn)動等；通過低通濾波可以去除高頻噪聲，如環(huán)境噪聲、儀器的高頻干擾等；帶通濾波則可以選擇特定頻率范圍的信號，以突出與地殼和上地幔結(jié)構(gòu)相關(guān)的頻率成分。經(jīng)過傅里葉變換和濾波處理后，地震信號的信噪比得到顯著提高，為后續(xù)的接收函數(shù)計算提供了更加純凈的信號。傾斜校正也是預(yù)處理過程中不可或缺的一步，它主要用于消除由于地震臺站所在位置地形起伏或儀器安裝不水平等因素導(dǎo)致的地震波傳播方向的傾斜誤差。當(dāng)?shù)卣鸩ㄔ趦A斜的介質(zhì)中傳播時，其傳播路徑會發(fā)生改變，從而導(dǎo)致地震波的到時和振幅出現(xiàn)偏差。這種偏差會影響接收函數(shù)對地殼和上地幔結(jié)構(gòu)的反演精度，因此需要進(jìn)行傾斜校正。傾斜校正的方法通?；趯ε_站周邊地形的詳細(xì)測量和分析，結(jié)合地震波傳播理論，建立傾斜校正模型。首先，利用高精度的地形測量儀器，如激光雷達(dá)（LiDAR）等，獲取臺站周邊的地形數(shù)據(jù)，構(gòu)建數(shù)字高程模型（DEM）；然后，根據(jù)DEM數(shù)據(jù)，計算出臺站位置的地形傾斜角度和方向；最后，根據(jù)地震波傳播理論，對地震數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的校正，補(bǔ)償由于地形傾斜導(dǎo)致的地震波傳播路徑的變化。通過傾斜校正，可以有效消除地形因素對地震數(shù)據(jù)的影響，提高接收函數(shù)反演結(jié)果的準(zhǔn)確性。振幅校正同樣重要，其目的是消除由于地震波傳播過程中的能量衰減、儀器靈敏度差異以及不同臺站記錄條件不同等因素導(dǎo)致的振幅不一致問題。地震波在傳播過程中，由于介質(zhì)的吸收、散射等作用，能量會逐漸衰減，導(dǎo)致振幅減?。徊煌牡卣鸨O(jiān)測儀器，其靈敏度和響應(yīng)特性可能存在差異，這也會導(dǎo)致記錄到的地震波振幅不同；此外，臺站的地理位置、地質(zhì)條件以及環(huán)境噪聲等因素也會對地震波的振幅產(chǎn)生影響。這些振幅不一致的問題會影響接收函數(shù)對地殼和上地幔結(jié)構(gòu)的反演精度，因此需要進(jìn)行振幅校正。振幅校正的方法主要包括幾何擴(kuò)散校正、吸收衰減校正和儀器響應(yīng)校正等。幾何擴(kuò)散校正根據(jù)地震波傳播的幾何原理，對由于波前擴(kuò)散導(dǎo)致的振幅衰減進(jìn)行補(bǔ)償；吸收衰減校正則根據(jù)介質(zhì)的吸收特性，對由于介質(zhì)吸收導(dǎo)致的振幅衰減進(jìn)行校正；儀器響應(yīng)校正通過對儀器的校準(zhǔn)和標(biāo)定，消除儀器靈敏度差異對振幅的影響。通過綜合運(yùn)用這些振幅校正方法，可以使不同臺站記錄的地震數(shù)據(jù)在振幅上具有可比性，為接收函數(shù)的準(zhǔn)確計算提供保障。2.2.3接收函數(shù)的計算方法在完成地震數(shù)據(jù)的預(yù)處理后，接下來的關(guān)鍵步驟是利用這些預(yù)處理后的數(shù)據(jù)計算接收函數(shù)。目前，常用的計算接收函數(shù)的方法主要基于反褶積算法，該算法通過特定的數(shù)學(xué)運(yùn)算，從地震數(shù)據(jù)中提取出臺站下方接收介質(zhì)的響應(yīng)信息，從而得到接收函數(shù)。反褶積算法的基本原理是基于地震波傳播的褶積模型。在地震學(xué)中，地面接收到的地震信號可以看作是地下界面反射特性的卷積結(jié)果和源信號的卷積。簡單來說，當(dāng)遠(yuǎn)震P波傳播至臺站下方時，會在不同波阻抗界面發(fā)生反射、折射和轉(zhuǎn)換等現(xiàn)象，這些復(fù)雜的波場信息疊加在一起，形成了我們接收到的地震信號。反褶積的目的就是通過數(shù)學(xué)方法，將這些疊加的波場信息進(jìn)行分離，恢復(fù)出地下界面的反射系數(shù)序列，進(jìn)而得到接收函數(shù)。在實際計算中，常用的反褶積方法包括時間域反褶積和頻率域反褶積。時間域反褶積直接在地震記錄的時間軸上進(jìn)行操作，它試圖估計一個逆濾波器，使得輸入信號（地震數(shù)據(jù)）與逆濾波器卷積后得到盡可能接近沖擊脈沖的輸出信號。具體而言，時間域反褶積通常采用最小二乘反褶積算法，其核心思想是通過最小化觀測數(shù)據(jù)與模型預(yù)測數(shù)據(jù)之間的誤差，來確定逆濾波器的參數(shù)。假設(shè)觀測到的地震數(shù)據(jù)為d(t)，逆濾波器為h(t)，期望的輸出信號為s(t)（通常為沖擊脈沖或接近沖擊脈沖的信號），則最小二乘反褶積的目標(biāo)函數(shù)可以表示為：E=\sum_{t}[d(t)*h(t)-s(t)]^2其中，*表示卷積運(yùn)算。通過對目標(biāo)函數(shù)E求極小值，即可得到最優(yōu)的逆濾波器h(t)。將逆濾波器h(t)與地震數(shù)據(jù)的垂直分量進(jìn)行卷積，再對水平分量進(jìn)行相同的操作，就可以得到接收函數(shù)的徑向分量和切向分量。時間域反褶積的優(yōu)點是計算過程直觀，對數(shù)據(jù)的適應(yīng)性較強(qiáng)，能夠較好地處理非平穩(wěn)信號。它的計算量相對較大，在處理大數(shù)據(jù)量時效率較低，而且對噪聲較為敏感，當(dāng)數(shù)據(jù)中存在較強(qiáng)噪聲時，可能會導(dǎo)致反褶積結(jié)果的不穩(wěn)定。頻率域反褶積則是在頻率域內(nèi)對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，通過調(diào)整各頻率成分的相位和振幅，以達(dá)到提高分辨率的目的。其基本步驟是首先將地震數(shù)據(jù)從時間域轉(zhuǎn)換到頻率域，通常借助傅里葉變換來實現(xiàn)。然后，在頻率域中對數(shù)據(jù)進(jìn)行反褶積操作，通過調(diào)整各頻率成分的相位和振幅，使得垂直分量與水平分量之間的關(guān)系符合接收函數(shù)的定義。具體計算時，根據(jù)震源等效化假設(shè)，在頻率域中用垂直分量的頻譜對徑向分量和切向分量的頻譜進(jìn)行除法運(yùn)算，得到頻率域下的接收函數(shù)：\begin{cases}R(\omega)=\frac{D_R(\omega)}{D_V(\omega)}\\T(\omega)=\frac{D_T(\omega)}{D_V(\omega)}\end{cases}其中，R(\omega)和T(\omega)分別為頻率域下的徑向接收函數(shù)和切向接收函數(shù)，D_R(\omega)、D_T(\omega)、D_V(\omega)分別為徑向分量、切向分量和垂直分量在頻率域下的表示。最后，再將頻率域下的接收函數(shù)通過逆傅里葉變換轉(zhuǎn)換回時間域，得到最終的接收函數(shù)。頻率域反褶積的優(yōu)點是計算效率較高，能夠快速處理大量數(shù)據(jù)，而且在處理具有特定頻率特征的信號時具有優(yōu)勢。由于實際地震資料是有限帶寬的，且包含隨機(jī)噪聲，直接在頻率域作除法運(yùn)算往往是不穩(wěn)定的，需要采用一些穩(wěn)定算法，如引入“水準(zhǔn)量”來壓制靠近零點值的頻譜等。除了上述兩種常用的反褶積方法外，還有其他一些改進(jìn)的算法，如約束反褶積、自適應(yīng)反褶積等。約束反褶積通過引入一些先驗信息或約束條件，如地下介質(zhì)的速度模型、反射系數(shù)的統(tǒng)計特性等，來提高反褶積結(jié)果的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性。自適應(yīng)反褶積則根據(jù)數(shù)據(jù)的特點，自動調(diào)整反褶積的參數(shù)和算法，以適應(yīng)不同的地震數(shù)據(jù)。這些改進(jìn)算法在一定程度上克服了傳統(tǒng)反褶積方法的局限性，但也增加了計算的復(fù)雜性和對先驗信息的依賴。三、福建地區(qū)地殼結(jié)構(gòu)特征分析3.1地殼厚度的確定3.1.1H-k搜索疊加方法原理H-k搜索疊加方法是利用接收函數(shù)確定地殼厚度和波速比的常用且有效的手段。其基于水平層狀均勻各向同性的地殼結(jié)構(gòu)模型，通過分析接收函數(shù)中不同震相的到時信息來實現(xiàn)對地殼厚度和波速比的精確計算。在這一模型中，當(dāng)遠(yuǎn)震P波入射到地球內(nèi)部時，會在不同波阻抗界面產(chǎn)生多種震相，其中對確定地殼厚度和波速比起關(guān)鍵作用的震相主要包括一次轉(zhuǎn)換波Ps、多次轉(zhuǎn)換波PpPs、PsPs以及PpSs等。這些震相的射線路徑和到時差異蘊(yùn)含著地殼結(jié)構(gòu)的重要信息。以莫霍面作為主要的轉(zhuǎn)換界面，假設(shè)地殼厚度為H，v_P和v_S分別代表P波和S波速度，i和j分別代表P波和S波在地殼內(nèi)的出射角。根據(jù)地震波傳播理論，不同震相相對直達(dá)震相的走時差可通過以下公式表示：t_{Ps}-t_{P}=\frac{2H\cosj}{v_{S}}t_{PpPs}-t_{P}=\frac{2H\cosj}{v_{S}}+\frac{2H\cosi}{v_{P}}由于接收函數(shù)所用資料是遠(yuǎn)震資料，假設(shè)地震臺站附近地層水平，那么Pp、Ps、PpPs、PsPs和PpSs震相在莫霍面上的轉(zhuǎn)換點距離臺站就很近，可作近似計算t_{PsPs+PpSs}-t_{PpPs}\approxt_{Ps}-t_{P}，則：t_{PsPs+PpSs}-t_{P}=2H(\frac{\cosj}{v_{S}}+\frac{\cosi}{v_{P}})從原理本質(zhì)來看，H-k搜索疊加方法是基于不同震相的到時與地殼厚度H和波速比k=v_P/v_S之間的數(shù)學(xué)關(guān)系。通過給定不同的H和k值，依據(jù)上述公式計算出各震相相對直達(dá)震相的到時，然后將不同權(quán)重震相的接收函數(shù)進(jìn)行波形疊加。在實際計算中，通常根據(jù)研究區(qū)前人已有的研究結(jié)果給出縱波速度v_P，并設(shè)定三個震相的權(quán)重。一般情況下，Ps震相的權(quán)重最大，且大于兩個多次震相之和，例如Zhu等使用的震相權(quán)重分別為0.7、0.2和0.1。通過不斷改變H和k的值進(jìn)行掃描，合適的H和k值將使得疊加后的接收函數(shù)波形具有最佳的相干性，即得到最大的疊加能量。此時對應(yīng)的H和k值即為所求的地殼厚度和波速比。這種方法的優(yōu)勢在于它可以方便地處理大量遠(yuǎn)震波形，無需精確拾取不同轉(zhuǎn)換震相的到時，并且通過疊加不同方位和震中距的接收函數(shù)，能夠有效壓制橫向結(jié)構(gòu)不均勻性，從而得到一個相對穩(wěn)定且具有代表性的平均地殼結(jié)構(gòu)模型。同時，通過估計H-k疊加平面的最大值處，還可以對結(jié)果的誤差進(jìn)行評估，為研究提供了可靠性保障。3.1.2福建地區(qū)地殼厚度分布特征利用H-k搜索疊加方法對福建地區(qū)地震臺站的接收函數(shù)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析后，獲得了該地區(qū)地殼厚度的詳細(xì)分布結(jié)果。從整體來看，福建地區(qū)地殼厚度呈現(xiàn)出明顯的規(guī)律性變化，其厚度范圍大致在[最小厚度值]-[最大厚度值]km之間，這一范圍與前人在該地區(qū)的部分研究結(jié)果具有一定的一致性，但本研究憑借更廣泛的數(shù)據(jù)覆蓋和更精細(xì)的分析方法，進(jìn)一步揭示了一些以往未被充分認(rèn)識的細(xì)節(jié)特征。從內(nèi)陸到沿海方向，地殼厚度表現(xiàn)出逐漸變薄的趨勢。在福建內(nèi)陸地區(qū)，尤其是靠近江西邊界的西部區(qū)域，地殼厚度相對較大，部分臺站下方的地殼厚度可達(dá)[內(nèi)陸最大厚度值]km左右。這是由于內(nèi)陸地區(qū)處于板塊內(nèi)部相對穩(wěn)定的區(qū)域，地質(zhì)歷史時期受到的構(gòu)造活動影響相對較弱，地殼在長期的演化過程中逐漸堆積增厚。而隨著向沿海地區(qū)推進(jìn)，地殼厚度逐漸減小，在沿海的廈門、泉州等地區(qū)，地殼厚度減薄至[沿海最小厚度值]km左右。這一變化與該地區(qū)所處的板塊構(gòu)造位置密切相關(guān)，福建沿海地區(qū)位于歐亞板塊與菲律賓板塊的相互作用地帶，受到板塊俯沖、碰撞等強(qiáng)烈構(gòu)造運(yùn)動的影響，菲律賓板塊向歐亞板塊的俯沖作用使得地殼物質(zhì)發(fā)生變形和調(diào)整，導(dǎo)致地殼厚度減薄。同時，沿海地區(qū)可能存在的深部熱物質(zhì)上涌和巖漿活動，也對地殼產(chǎn)生了一定的改造作用，進(jìn)一步促使地殼變薄。從南到北方向，地殼厚度則呈現(xiàn)出逐漸變厚的態(tài)勢。福建南部地區(qū)，如漳州等地，地殼厚度相對較薄，約為[南部最小厚度值]km。這可能與該地區(qū)在地質(zhì)歷史時期經(jīng)歷的強(qiáng)烈構(gòu)造伸展作用有關(guān)，構(gòu)造伸展導(dǎo)致地殼拉伸變薄。而在北部的南平、寧德等地區(qū)，地殼厚度明顯增加，可達(dá)[北部最大厚度值]km左右。北部地區(qū)受到的構(gòu)造擠壓作用相對較強(qiáng)，使得地殼物質(zhì)發(fā)生褶皺和堆疊，從而導(dǎo)致地殼增厚。這種從南到北的地殼厚度變化特征，與福建地區(qū)的區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場分布密切相關(guān)，區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場的差異導(dǎo)致了不同地區(qū)地殼變形方式和程度的不同，進(jìn)而造成了地殼厚度的變化。福建地區(qū)地殼厚度的變化與該地區(qū)的地質(zhì)構(gòu)造存在著緊密的內(nèi)在聯(lián)系。區(qū)內(nèi)發(fā)育的眾多斷裂構(gòu)造對地殼厚度的分布產(chǎn)生了顯著影響，例如長樂-詔安斷裂帶、政和-大埔斷裂帶等深大斷裂，這些斷裂帶是地殼運(yùn)動的活躍區(qū)域，控制著兩側(cè)地殼的升降運(yùn)動和物質(zhì)遷移。在斷裂帶附近，地殼厚度往往出現(xiàn)突變或異常變化，這是由于斷裂活動導(dǎo)致地殼物質(zhì)的錯動和重新分布。地質(zhì)歷史時期的巖漿活動也對地殼厚度產(chǎn)生了重要影響，巖漿的侵入和噴發(fā)改變了地殼的物質(zhì)組成和結(jié)構(gòu)，使得地殼在局部地區(qū)發(fā)生增厚或變薄。在一些曾經(jīng)發(fā)生過強(qiáng)烈?guī)r漿侵入的區(qū)域，地殼厚度明顯增加，因為巖漿的侵入為地殼帶來了額外的物質(zhì)；而在火山噴發(fā)頻繁的地區(qū)，地殼可能因為物質(zhì)的噴出和流失而變薄。3.2地殼分層結(jié)構(gòu)與橫向差異3.2.1地殼分層的依據(jù)與特征依據(jù)接收函數(shù)反演結(jié)果，福建地區(qū)地殼呈現(xiàn)出清晰的分層結(jié)構(gòu)，可劃分為上、中、下地殼，各層在速度結(jié)構(gòu)和物質(zhì)組成方面展現(xiàn)出獨特的特征，這些特征反映了該地區(qū)復(fù)雜的地質(zhì)演化歷史和深部動力學(xué)過程。從速度結(jié)構(gòu)角度分析，上地殼的平均P波速度約為[具體速度范圍1]km/s，S波速度約為[具體速度范圍2]km/s。在該層中，速度隨深度呈現(xiàn)出較為穩(wěn)定的變化趨勢，通常表現(xiàn)為逐漸增加。這種速度變化特征與上地殼的物質(zhì)組成和巖石類型密切相關(guān)，上地殼主要由花崗巖、變質(zhì)巖等巖石組成，這些巖石的礦物成分和結(jié)構(gòu)決定了其地震波傳播速度的范圍和變化規(guī)律。例如，花崗巖中主要礦物為石英、長石等，其晶體結(jié)構(gòu)相對緊密，使得地震波在其中傳播時速度相對較高。中地殼的P波速度范圍大致在[具體速度范圍3]km/s，S波速度在[具體速度范圍4]km/s左右。與上地殼相比，中地殼的速度變化相對較為復(fù)雜，可能存在局部的速度異常區(qū)域。研究發(fā)現(xiàn)，部分區(qū)域中地殼存在低速層，這可能是由于巖石的部分熔融、流體的存在或巖石結(jié)構(gòu)的特殊性導(dǎo)致的。巖石的部分熔融會降低其剛性，使得地震波傳播速度減??；流體的存在則會改變巖石的物理性質(zhì)，影響地震波的傳播。中地殼的物質(zhì)組成以閃長巖、花崗閃長巖等巖石為主，這些巖石的礦物成分和結(jié)構(gòu)與上地殼有所不同，也進(jìn)一步影響了其速度結(jié)構(gòu)。下地殼的P波速度較高，一般在[具體速度范圍5]km/s以上，S波速度在[具體速度范圍6]km/s左右。下地殼的速度結(jié)構(gòu)相對較為穩(wěn)定，速度變化相對較小。其物質(zhì)組成主要為麻粒巖、榴輝巖等，這些巖石具有較高的密度和剛性，使得地震波在其中傳播速度較快。麻粒巖和榴輝巖中富含鐵鎂質(zhì)礦物，如橄欖石、輝石等，這些礦物的存在增加了巖石的密度和剛性，從而提高了地震波的傳播速度。不同層的物質(zhì)組成差異顯著，這也是地殼分層的重要依據(jù)之一。上地殼主要由富含硅鋁質(zhì)的巖石組成，硅鋁質(zhì)礦物如石英、長石等含量較高，這使得上地殼的密度相對較低，顏色較淺。中地殼的物質(zhì)組成相對復(fù)雜，除了硅鋁質(zhì)礦物外，還含有一定量的鐵鎂質(zhì)礦物，如角閃石、黑云母等，導(dǎo)致其密度和顏色介于上地殼和下地殼之間。下地殼則主要由鐵鎂質(zhì)含量較高的巖石組成，鐵鎂質(zhì)礦物的大量存在使得下地殼密度較大，顏色較深。福建地區(qū)地殼分層結(jié)構(gòu)的形成與該地區(qū)的地質(zhì)演化歷史密切相關(guān)。在漫長的地質(zhì)時期中，福建地區(qū)經(jīng)歷了多次板塊碰撞、俯沖、伸展等構(gòu)造運(yùn)動，這些構(gòu)造運(yùn)動導(dǎo)致地殼物質(zhì)發(fā)生重熔、分異和遷移，從而形成了現(xiàn)今的分層結(jié)構(gòu)。在板塊碰撞過程中，地殼物質(zhì)受到強(qiáng)烈擠壓，發(fā)生變形和重熔，不同密度和成分的物質(zhì)逐漸分離，形成了不同的地殼層。3.2.2地殼結(jié)構(gòu)橫向差異分析通過對比不同臺站下方的地殼結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)福建地區(qū)地殼結(jié)構(gòu)存在明顯的橫向差異，這種差異在多個方面有所體現(xiàn)，并且與該地區(qū)的地質(zhì)構(gòu)造和演化過程緊密相關(guān)。在速度結(jié)構(gòu)方面，不同區(qū)域的地殼各層速度存在顯著差異。在閩西北區(qū)域，上地殼P波速度相對較高，可達(dá)[閩西北上地殼P波速度范圍]km/s，這可能與該地區(qū)廣泛出露的古老變質(zhì)巖有關(guān)，古老變質(zhì)巖經(jīng)過長期的地質(zhì)作用，巖石結(jié)構(gòu)致密，使得地震波傳播速度較快。而在閩東南沿海地區(qū)，上地殼P波速度相對較低，約為[閩東南沿海上地殼P波速度范圍]km/s，這可能與該地區(qū)新生代以來的構(gòu)造活動導(dǎo)致巖石破碎、結(jié)構(gòu)松散有關(guān)。中地殼速度的橫向差異也較為明顯，在一些斷裂帶附近，如長樂-詔安斷裂帶，中地殼存在明顯的低速異常區(qū)域，這可能是由于斷裂活動導(dǎo)致巖石破碎，流體侵入，從而降低了地震波傳播速度。下地殼速度在不同區(qū)域也存在一定變化，在靠近內(nèi)陸的穩(wěn)定區(qū)域，下地殼速度相對較高且穩(wěn)定；而在靠近板塊邊界的區(qū)域，下地殼速度可能受到板塊俯沖、碰撞等構(gòu)造運(yùn)動的影響，出現(xiàn)局部的速度異常。地殼厚度的橫向變化也是橫向差異的重要表現(xiàn)。如前文所述，福建地區(qū)地殼厚度從內(nèi)陸到沿海逐漸變薄，從南到北逐漸變厚。這種變化與區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場和板塊運(yùn)動密切相關(guān)。沿海地區(qū)由于受到菲律賓板塊的俯沖作用，地殼物質(zhì)被拉伸和減??；而北部地區(qū)受到的構(gòu)造擠壓作用較強(qiáng)，導(dǎo)致地殼增厚。地殼結(jié)構(gòu)橫向差異的形成原因是多方面的。區(qū)域構(gòu)造運(yùn)動是導(dǎo)致橫向差異的主要原因之一，福建地區(qū)處于歐亞板塊與菲律賓板塊的相互作用地帶，不同區(qū)域受到的板塊作用力方向和強(qiáng)度不同，導(dǎo)致地殼物質(zhì)的變形和調(diào)整方式各異，從而形成了不同的地殼結(jié)構(gòu)。斷裂構(gòu)造對地殼結(jié)構(gòu)的影響也十分顯著，區(qū)內(nèi)眾多的斷裂帶，如政和-大埔斷裂帶、邵武-河源斷裂帶等，控制了地殼物質(zhì)的遷移和分布，使得斷裂帶兩側(cè)的地殼結(jié)構(gòu)產(chǎn)生明顯差異。巖漿活動也對地殼結(jié)構(gòu)橫向差異產(chǎn)生重要影響，在巖漿活動頻繁的區(qū)域，巖漿的侵入和噴發(fā)改變了地殼的物質(zhì)組成和結(jié)構(gòu)，形成了獨特的地殼結(jié)構(gòu)特征。地殼結(jié)構(gòu)的橫向差異對區(qū)域地質(zhì)演化有著深遠(yuǎn)的影響。它影響了區(qū)域構(gòu)造運(yùn)動的方式和強(qiáng)度，不同的地殼結(jié)構(gòu)使得構(gòu)造應(yīng)力在傳播和釋放過程中表現(xiàn)出不同的特征，進(jìn)而影響了山脈的隆升、盆地的沉降以及斷裂的活動。地殼結(jié)構(gòu)的橫向差異還與地震活動密切相關(guān)，在速度結(jié)構(gòu)和厚度變化較大的區(qū)域，容易形成應(yīng)力集中，增加了地震發(fā)生的可能性。這種差異對區(qū)域的巖漿活動和熱液活動也產(chǎn)生影響，控制了巖漿的上升通道和熱液的運(yùn)移方向，進(jìn)而影響了區(qū)域內(nèi)礦產(chǎn)資源的形成和分布。3.3殼內(nèi)低速層的發(fā)現(xiàn)與研究3.3.1殼內(nèi)低速層的識別方法在利用接收函數(shù)研究福建地區(qū)地殼結(jié)構(gòu)時，殼內(nèi)低速層的識別對于深入理解該地區(qū)地質(zhì)構(gòu)造和動力學(xué)過程具有重要意義。識別殼內(nèi)低速層主要依據(jù)接收函數(shù)的波形特征和速度變化等關(guān)鍵指標(biāo)，這些指標(biāo)為我們洞察地殼內(nèi)部的精細(xì)結(jié)構(gòu)提供了重要線索。從波形特征來看，當(dāng)遠(yuǎn)震P波傳播至殼內(nèi)低速層時，會產(chǎn)生一系列獨特的波形變化。在接收函數(shù)中，低速層的存在會導(dǎo)致Ps轉(zhuǎn)換波的到時延遲。這是因為地震波在低速介質(zhì)中傳播速度減慢，使得轉(zhuǎn)換波到達(dá)接收臺站的時間相對滯后。低速層還可能引發(fā)多次反射和轉(zhuǎn)換波的出現(xiàn)，這些續(xù)至震相在接收函數(shù)波形上表現(xiàn)為復(fù)雜的振蕩和起伏。當(dāng)P波在低速層上下界面發(fā)生多次反射和轉(zhuǎn)換時，會產(chǎn)生如PpPs、PsPs等震相，它們的到時和振幅特征與低速層的厚度、速度以及界面性質(zhì)密切相關(guān)。通過對這些震相的精確分析，可以推斷低速層的存在及其相關(guān)參數(shù)。速度變化也是識別殼內(nèi)低速層的重要依據(jù)。在接收函數(shù)反演得到的速度結(jié)構(gòu)模型中，若某一深度范圍內(nèi)的P波速度或S波速度明顯低于上下相鄰層的速度，則該區(qū)域可能存在低速層。一般來說，殼內(nèi)低速層的P波速度可降低[X1]%-[X2]%，S波速度可降低[X3]%-[X4]%。這種速度降低的幅度與低速層的物質(zhì)組成和物理狀態(tài)密切相關(guān)。部分熔融的巖石會導(dǎo)致地震波速度顯著降低，因為部分熔融狀態(tài)下巖石的剛性減小，使得地震波傳播時受到的阻力增大，速度減慢。低速層中流體的存在也會對地震波速度產(chǎn)生影響，流體的填充會改變巖石的彈性性質(zhì)，進(jìn)而影響地震波的傳播速度。殼內(nèi)低速層的存在對地震波傳播產(chǎn)生多方面的顯著影響。除了導(dǎo)致Ps轉(zhuǎn)換波到時延遲和產(chǎn)生多次反射轉(zhuǎn)換波外，低速層還會對地震波的振幅和頻率產(chǎn)生影響。由于低速層對地震波能量的吸收和散射作用，使得地震波在通過低速層后振幅衰減，高頻成分被強(qiáng)烈吸收，導(dǎo)致地震波的頻率降低。這種振幅和頻率的變化會改變地震波的傳播特性，進(jìn)而影響我們對地震信號的解讀和分析。在地震勘探中，低速層的存在可能會導(dǎo)致地震信號的失真和模糊，增加對地下地質(zhì)結(jié)構(gòu)解釋的難度。3.3.2低速層的分布與成因探討通過對福建地區(qū)多個臺站接收函數(shù)的深入分析，發(fā)現(xiàn)該地區(qū)殼內(nèi)低速層呈現(xiàn)出特定的分布特征。從分布范圍來看，殼內(nèi)低速層在福建地區(qū)并非均勻分布，而是呈現(xiàn)出明顯的區(qū)域性差異。在沿海地區(qū)，如廈門、泉州等地，低速層出現(xiàn)的概率相對較高，分布范圍也較為廣泛；而在內(nèi)陸地區(qū)，低速層的分布相對較少，且范圍相對較窄。這種分布差異與福建地區(qū)的地質(zhì)構(gòu)造和板塊運(yùn)動密切相關(guān)。沿海地區(qū)處于歐亞板塊與菲律賓板塊的相互作用地帶，受到板塊俯沖、碰撞等強(qiáng)烈構(gòu)造運(yùn)動的影響，深部物質(zhì)運(yùn)動活躍，為低速層的形成和發(fā)育提供了有利條件。低速層的深度也具有一定的變化規(guī)律，其深度范圍大致在[最小深度值]-[最大深度值]km之間，平均深度約為[平均深度值]km。在不同區(qū)域，低速層的深度存在差異。在一些構(gòu)造活動強(qiáng)烈的區(qū)域，如長樂-詔安斷裂帶附近，低速層的深度相對較淺，可能與斷裂活動導(dǎo)致的深部物質(zhì)上涌和地殼變形有關(guān)；而在相對穩(wěn)定的區(qū)域，低速層的深度則相對較深。結(jié)合福建地區(qū)的地質(zhì)背景，探討殼內(nèi)低速層的成因主要涉及部分熔融和流體作用等因素。部分熔融是導(dǎo)致低速層形成的重要原因之一。在福建地區(qū)，由于受到板塊俯沖和碰撞的影響，深部地幔物質(zhì)上涌，帶來大量熱量，使得地殼深部巖石發(fā)生部分熔融。部分熔融狀態(tài)下，巖石中的礦物晶體結(jié)構(gòu)被破壞，形成了由固態(tài)礦物和液態(tài)熔體組成的混合體系。這種混合體系的存在降低了巖石的剛性，使得地震波在其中傳播速度明顯減慢，從而形成低速層。在沿海地區(qū)，上地幔熱物質(zhì)的上涌更為顯著，導(dǎo)致地殼深部巖石更容易發(fā)生部分熔融，這也解釋了為什么沿海地區(qū)低速層更為發(fā)育。流體作用同樣對低速層的形成起到關(guān)鍵作用。福建地區(qū)地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，斷裂構(gòu)造發(fā)育，這些斷裂為深部流體的運(yùn)移提供了通道。地下水、巖漿熱液等流體在巖石孔隙和裂隙中流動，改變了巖石的物理性質(zhì)。流體的存在降低了巖石的有效彈性模量，增加了巖石的孔隙度和滲透率，從而導(dǎo)致地震波傳播速度降低，形成低速層。在一些熱液活動頻繁的區(qū)域，如漳州地?zé)崽锔浇?，殼?nèi)低速層與熱液的活動密切相關(guān)，熱液的循環(huán)和交代作用使得巖石中的礦物發(fā)生溶解和重結(jié)晶，進(jìn)一步改變了巖石的物理性質(zhì)，促進(jìn)了低速層的形成。殼內(nèi)低速層對區(qū)域地質(zhì)活動具有重要意義。它是區(qū)域構(gòu)造運(yùn)動的敏感指示標(biāo)志，低速層的存在和變化反映了深部構(gòu)造應(yīng)力的作用和巖石圈的變形過程。在板塊俯沖和碰撞區(qū)域，低速層的發(fā)育和演化與板塊間的相互作用密切相關(guān)，通過對低速層的研究，可以深入了解板塊運(yùn)動的動力學(xué)機(jī)制。低速層還對地震活動產(chǎn)生影響，由于低速層的存在，地震波在傳播過程中會發(fā)生散射、折射等現(xiàn)象，導(dǎo)致地震能量的重新分布和地震波傳播路徑的改變，這可能會影響地震的震級、震源機(jī)制以及地震波的傳播特征，增加了地震活動的復(fù)雜性和不確定性。低速層還與區(qū)域的巖漿活動和熱液活動密切相關(guān)，為研究區(qū)域內(nèi)礦產(chǎn)資源的形成和分布提供了重要線索，對區(qū)域礦產(chǎn)資源勘探和開發(fā)具有重要的指導(dǎo)意義。四、福建地區(qū)上地幔結(jié)構(gòu)特征分析4.1上地幔速度結(jié)構(gòu)反演4.1.1反演方法與模型建立本研究運(yùn)用線性反演方法對福建地區(qū)上地幔速度結(jié)構(gòu)進(jìn)行反演，該方法在地球深部結(jié)構(gòu)研究領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用且理論基礎(chǔ)成熟。線性反演方法基于地球內(nèi)部介質(zhì)的線性響應(yīng)假設(shè)，將接收函數(shù)與地球內(nèi)部速度結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系進(jìn)行線性化處理，從而實現(xiàn)對速度結(jié)構(gòu)的反演。其基本原理是通過建立一個數(shù)學(xué)模型，將接收函數(shù)的觀測數(shù)據(jù)與理論計算數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，不斷調(diào)整模型參數(shù)，使得理論計算數(shù)據(jù)與觀測數(shù)據(jù)達(dá)到最佳擬合，此時的模型參數(shù)即為反演得到的上地幔速度結(jié)構(gòu)參數(shù)。在建立反演模型時，充分考慮了福建地區(qū)的地質(zhì)背景和已有研究成果。根據(jù)區(qū)域地質(zhì)資料，福建地區(qū)位于歐亞板塊與菲律賓板塊的相互作用地帶，地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，上地幔物質(zhì)運(yùn)動活躍。因此，在模型中引入了反映板塊相互作用和深部物質(zhì)運(yùn)移的參數(shù)，以提高模型的準(zhǔn)確性和可靠性。模型參數(shù)設(shè)置如下：將上地幔劃分為若干個水平層，每個層的厚度根據(jù)前人研究結(jié)果和實際數(shù)據(jù)情況進(jìn)行合理設(shè)定，一般在[最小層厚度值]-[最大層厚度值]km之間；設(shè)定每層的初始P波速度和S波速度，初始速度值參考全球平均速度模型以及福建地區(qū)周邊已有的研究成果；同時，考慮到上地?？赡艽嬖诘母飨虍愋蕴卣?，在模型中引入各向異性參數(shù)，以描述地震波在不同方向上傳播速度的差異。為了確保反演結(jié)果的可靠性，對反演過程進(jìn)行了嚴(yán)格的約束和控制。在反演過程中，引入了正則化約束條件，通過對模型參數(shù)的平滑約束，避免反演結(jié)果出現(xiàn)過度擬合和不穩(wěn)定的情況。具體來說，正則化約束條件通過對模型參數(shù)的一階或二階導(dǎo)數(shù)進(jìn)行約束，使得反演得到的速度結(jié)構(gòu)在空間上具有一定的平滑性。例如，采用最小二乘意義下的一階導(dǎo)數(shù)約束，即對模型參數(shù)的一階導(dǎo)數(shù)的平方和進(jìn)行最小化，從而保證速度結(jié)構(gòu)在相鄰層之間的變化不會過于劇烈。還利用先驗信息對反演結(jié)果進(jìn)行約束，如已知的地殼厚度、莫霍面深度等信息，將這些先驗信息作為約束條件加入到反演模型中，進(jìn)一步提高反演結(jié)果的準(zhǔn)確性。4.1.2上地幔速度結(jié)構(gòu)特征通過上述反演方法和模型得到的福建地區(qū)上地幔速度結(jié)構(gòu)結(jié)果顯示出獨特的特征。從整體上看，上地幔速度隨深度呈現(xiàn)出明顯的變化規(guī)律。在深度范圍[具體深度區(qū)間1]km內(nèi)，上地幔頂部的速度相對較低，P波速度約為[具體速度范圍7]km/s，S波速度約為[具體速度范圍8]km/s。這一速度范圍與地殼底部的速度存在明顯差異，反映了莫霍面作為地殼與上地幔的分界面，兩側(cè)物質(zhì)性質(zhì)和結(jié)構(gòu)的顯著變化。隨著深度的增加，上地幔速度逐漸增大，在深度[具體深度區(qū)間2]km處，P波速度增加至[具體速度范圍9]km/s，S波速度增加至[具體速度范圍10]km/s。這種速度隨深度的增加趨勢與地球內(nèi)部物質(zhì)的壓力和溫度變化密切相關(guān)，隨著深度的增加，物質(zhì)受到的壓力增大，密度增加，導(dǎo)致地震波傳播速度加快。進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，福建地區(qū)上地幔速度結(jié)構(gòu)存在明顯的橫向變化。在沿海地區(qū)，上地幔頂部的速度相對較低，且存在較大范圍的低速異常區(qū)域。這可能與菲律賓板塊向歐亞板塊的俯沖作用有關(guān)，俯沖過程中攜帶的大量冷物質(zhì)進(jìn)入上地幔，導(dǎo)致局部地區(qū)溫度降低，物質(zhì)密度減小，從而使得地震波傳播速度減慢。沿海地區(qū)可能存在的深部熱物質(zhì)上涌和巖漿活動，也會對上地幔速度結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響，熱物質(zhì)的存在會降低地震波傳播速度，形成低速異常區(qū)域。而在內(nèi)陸地區(qū)，上地幔速度相對較高且變化較為平穩(wěn)，低速異常區(qū)域相對較少。這表明內(nèi)陸地區(qū)受到板塊俯沖和深部熱物質(zhì)活動的影響相對較弱，上地幔物質(zhì)相對較為均勻。上地幔速度結(jié)構(gòu)與深部物質(zhì)運(yùn)動之間存在著緊密的聯(lián)系。上地幔低速異常區(qū)域往往與深部物質(zhì)的上升或?qū)α骰顒酉嚓P(guān)。在低速異常區(qū)域，物質(zhì)的溫度較高，粘性較低，更容易發(fā)生流動和變形。這種深部物質(zhì)的運(yùn)動可能是由于地幔柱活動、板塊俯沖引發(fā)的地幔對流等因素導(dǎo)致的。地幔柱是地幔深部熱物質(zhì)上涌形成的柱狀體，當(dāng)它上升到上地幔時，會引起局部地區(qū)的溫度升高和物質(zhì)流動，從而形成低速異常區(qū)域。板塊俯沖過程中，俯沖板塊攜帶的物質(zhì)進(jìn)入上地幔，也會引發(fā)地幔物質(zhì)的重新分布和對流，對速度結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響。上地幔速度結(jié)構(gòu)的變化還會影響地震波的傳播路徑和能量分布，進(jìn)而對地震活動和地質(zhì)構(gòu)造演化產(chǎn)生重要影響。4.2上地幔頂部熱異常分析4.2.1熱異常的證據(jù)與識別在對福建地區(qū)上地幔結(jié)構(gòu)的研究中，發(fā)現(xiàn)了多個表明上地幔頂部存在熱異常的證據(jù)。上地幔頂部平均速度相對較低是一個關(guān)鍵的熱異常指示。通過接收函數(shù)反演得到的上地幔速度結(jié)構(gòu)顯示，沿海地區(qū)上地幔頂部的P波速度和S波速度均低于內(nèi)陸地區(qū)，且在部分區(qū)域存在明顯的低速異常區(qū)域。在廈門、泉州等沿海地區(qū)，上地幔頂部P波速度約為[具體低速范圍1]km/s，明顯低于內(nèi)陸地區(qū)的[內(nèi)陸正常速度范圍1]km/s；S波速度約為[具體低速范圍2]km/s，也低于內(nèi)陸地區(qū)的[內(nèi)陸正常速度范圍2]km/s。這種速度差異暗示了沿海地區(qū)上地幔頂部物質(zhì)狀態(tài)的異常，而熱異常是導(dǎo)致速度降低的一個重要因素。結(jié)合地?zé)釘?shù)據(jù)進(jìn)一步驗證了熱異常的存在。福建地區(qū)的地?zé)釘?shù)據(jù)顯示，沿海地區(qū)的地溫梯度明顯高于內(nèi)陸地區(qū)。在漳州、廈門等地，地溫梯度可達(dá)[具體地溫梯度值1]℃/km，而內(nèi)陸地區(qū)的地溫梯度約為[具體地溫梯度值2]℃/km。較高的地溫梯度表明沿海地區(qū)深部存在更多的熱量來源，這與上地幔頂部的熱異常相吻合。地溫梯度的變化反映了地球內(nèi)部熱量的傳輸和分布情況，較高的地溫梯度意味著深部熱物質(zhì)的上涌或熱活動的增強(qiáng)，這與上地幔頂部的低速異常區(qū)域所暗示的熱異常現(xiàn)象相互印證。地震波的衰減特征也為上地幔頂部熱異常提供了證據(jù)。研究發(fā)現(xiàn)，在福建地區(qū)沿海區(qū)域，地震波的衰減明顯增強(qiáng)，這表明該區(qū)域存在較強(qiáng)的非彈性散射和吸收。在地震波傳播過程中，熱異常區(qū)域的物質(zhì)狀態(tài)和物理性質(zhì)與正常區(qū)域不同，可能存在部分熔融或高溫流體，這些因素會導(dǎo)致地震波能量的快速衰減。通過對地震波衰減特征的分析，可以推斷出上地幔頂部熱異常的存在范圍和強(qiáng)度。4.2.2熱異常對區(qū)域地質(zhì)的影響上地幔頂部熱異常對福建地區(qū)的地質(zhì)構(gòu)造演化產(chǎn)生了深遠(yuǎn)影響。熱異常導(dǎo)致上地幔物質(zhì)的物理性質(zhì)發(fā)生改變，使得物質(zhì)的粘性降低，更容易發(fā)生流動和變形。這種深部物質(zhì)的流動會對地殼底部產(chǎn)生拖曳力，從而影響地殼的運(yùn)動和變形方式。在熱異常區(qū)域，由于上地幔物質(zhì)的上涌，地殼受到向上的頂托力，導(dǎo)致地殼抬升，形成山脈或高原。福建地區(qū)一些沿海山脈的形成可能與上地幔熱物質(zhì)上涌導(dǎo)致的地殼抬升有關(guān)。熱異常還會引發(fā)地殼內(nèi)部的應(yīng)力調(diào)整，導(dǎo)致斷裂活動的加劇。當(dāng)熱物質(zhì)上涌時，會改變地殼內(nèi)部的應(yīng)力分布，使得原本穩(wěn)定的斷裂帶重新活動，引發(fā)地震。熱異常區(qū)域的地殼物質(zhì)在高溫作用下，巖石的力學(xué)性質(zhì)發(fā)生變化，更容易發(fā)生破裂和變形，從而增加了地震發(fā)生的可能性。在福建沿海地區(qū)，地震活動相對頻繁，這與上地幔頂部的熱異?？赡艽嬖诿芮嘘P(guān)系。巖漿活動也是熱異常對區(qū)域地質(zhì)的重要影響之一。上地幔頂部的熱異常為巖漿的形成和上升提供了有利條件。熱異常區(qū)域的高溫使得巖石發(fā)生部分熔融，形成巖漿。這些巖漿在壓力作用下，沿著地殼的薄弱部位上升，最終噴發(fā)形成火山或侵入地殼形成巖漿巖。福建地區(qū)的一些火山活動和巖漿侵入現(xiàn)象，如漳州地區(qū)的火山巖分布，可能與上地幔頂部的熱異常導(dǎo)致的巖漿活動密切相關(guān)。從板塊運(yùn)動的角度來看，上地幔頂部熱異常與菲律賓板塊向歐亞板塊的俯沖作用密切相關(guān)。俯沖過程中，菲律賓板塊攜帶的冷物質(zhì)進(jìn)入上地幔，與歐亞板塊上地幔的熱物質(zhì)相互作用，形成了復(fù)雜的熱結(jié)構(gòu)。熱異常區(qū)域可能是俯沖板塊與歐亞板塊上地幔物質(zhì)相互作用的結(jié)果，這種相互作用不僅影響了上地幔的速度結(jié)構(gòu)和熱狀態(tài)，還對區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造演化、地震活動和巖漿活動產(chǎn)生了重要影響。五、地質(zhì)意義與應(yīng)用探討5.1對福建地區(qū)地質(zhì)演化的啟示福建地區(qū)獨特的地殼與上地幔結(jié)構(gòu)特征為深入探究其地質(zhì)演化歷程提供了關(guān)鍵線索。從地質(zhì)演化的漫長歷史來看，板塊碰撞、俯沖以及伸展等多種構(gòu)造運(yùn)動在福建地區(qū)留下了深刻的印記，這些印記通過地殼與上地幔的結(jié)構(gòu)變化得以體現(xiàn)。在板塊碰撞方面，福建地區(qū)位于歐亞板塊與菲律賓板塊的相互作用地帶，這種板塊碰撞作用對該地區(qū)的地殼與上地幔結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了深遠(yuǎn)影響。在地質(zhì)歷史時期，菲律賓板塊向歐亞板塊俯沖，強(qiáng)大的碰撞壓力使得地殼物質(zhì)發(fā)生強(qiáng)烈變形和擠壓。這種擠壓作用導(dǎo)致地殼厚度發(fā)生變化，在靠近板塊碰撞帶的沿海地區(qū)，地殼厚度相對較薄，而內(nèi)陸地區(qū)則相對較厚。這是因為板塊碰撞使得沿海地區(qū)的地殼物質(zhì)被壓縮和抬升，部分物質(zhì)被擠出或發(fā)生深部變形，從而導(dǎo)致地殼減薄；而內(nèi)陸地區(qū)受到的碰撞影響相對較小，地殼物質(zhì)在長期的地質(zhì)作用下逐漸堆積，使得地殼相對較厚。板塊碰撞還引發(fā)了強(qiáng)烈的構(gòu)造變形，形成了眾多的褶皺和斷裂構(gòu)造。這些構(gòu)造不僅改變了地殼的形態(tài)和結(jié)構(gòu)，還對地震活動和巖漿活動產(chǎn)生了重要影響。在長樂-詔安斷裂帶等區(qū)域，由于板塊碰撞導(dǎo)致的構(gòu)造應(yīng)力集中，地震活動相對頻繁，同時也為巖漿的上升和侵入提供了通道，促進(jìn)了巖漿活動的發(fā)生。俯沖作用是福建地區(qū)地質(zhì)演化的另一個重要因素。菲律賓板塊的俯沖使得上地幔物質(zhì)發(fā)生復(fù)雜的運(yùn)動和變化。俯沖板塊攜帶的冷物質(zhì)進(jìn)入上地幔，與周圍的熱物質(zhì)相互作用，形成了復(fù)雜的熱結(jié)構(gòu)和速度結(jié)構(gòu)。在上地幔頂部，俯沖作用導(dǎo)致局部地區(qū)溫度降低，物質(zhì)密度增大，從而使得地震波傳播速度發(fā)生變化，出現(xiàn)低速異常區(qū)域。這種低速異常區(qū)域的存在與俯沖板塊的位置和運(yùn)動狀態(tài)密切相關(guān)，反映了俯沖作用對福建地區(qū)上地幔結(jié)構(gòu)的顯著影響。俯沖作用還引發(fā)了地幔對流，地幔物質(zhì)的對流運(yùn)動對地殼底部產(chǎn)生拖曳力，進(jìn)一步影響了地殼的運(yùn)動和變形方式，促進(jìn)了山脈的隆升和盆地的沉降。伸展作用在福建地區(qū)的地質(zhì)演化中也扮演了重要角色。在地質(zhì)歷史的某些時期，福建地區(qū)可能經(jīng)歷了伸展構(gòu)造運(yùn)動，這種運(yùn)動導(dǎo)致地殼發(fā)生拉伸和變薄。在一些區(qū)域，地殼的伸展作用使得巖石層發(fā)生破裂，形成了斷裂帶和裂谷構(gòu)造。這些斷裂帶和裂谷為深部熱物質(zhì)的上涌提供了通道，導(dǎo)致地殼內(nèi)部的熱狀態(tài)發(fā)生改變，進(jìn)而影響了地殼和上地幔的結(jié)構(gòu)。伸展作用還可能導(dǎo)致地殼內(nèi)部的應(yīng)力狀態(tài)發(fā)生調(diào)整，使得地震活動和巖漿活動的分布和強(qiáng)度發(fā)生變化。在一些伸展構(gòu)造區(qū)域，由于地殼的拉伸和變薄，巖石的脆性增加，容易發(fā)生地震；同時，深部熱物質(zhì)的上涌也為巖漿活動提供了條件，導(dǎo)致火山噴發(fā)和巖漿侵入等現(xiàn)象的發(fā)生。這些構(gòu)造運(yùn)動之間并非孤立存在，而是相互關(guān)聯(lián)、相互影響的。板塊碰撞和俯沖作用會引發(fā)地殼內(nèi)部的應(yīng)力變化，從而導(dǎo)致伸展作用的發(fā)生；而伸展作用又會改變地殼的結(jié)構(gòu)和熱狀態(tài)，進(jìn)一步影響板塊碰撞和俯沖的過程。這種復(fù)雜的構(gòu)造運(yùn)動相互作用過程，塑造了福建地區(qū)現(xiàn)今復(fù)雜多樣的地殼與上地幔結(jié)構(gòu)。通過對福建地區(qū)地殼與上地幔結(jié)構(gòu)特征的研究，我們可以反演這些構(gòu)造運(yùn)動的歷史和過程，為深入理解福建地區(qū)的地質(zhì)演化提供重要依據(jù)。福建地區(qū)地殼與上地幔結(jié)構(gòu)特征是板塊碰撞、俯沖、伸展等多種構(gòu)造運(yùn)動長期作用的結(jié)果。這些構(gòu)造運(yùn)動在不同的地質(zhì)時期以不同的方式和強(qiáng)度影響著福建地區(qū)，塑造了該地區(qū)獨特的地質(zhì)構(gòu)造格局。通過對這些結(jié)構(gòu)特征的深入研究，我們能夠更加全面、準(zhǔn)確地揭示福建地區(qū)的地質(zhì)演化歷程，為地球科學(xué)研究提供寶貴的實證資料，也為區(qū)域地質(zhì)資源開發(fā)和地質(zhì)災(zāi)害防治提供重要的理論支撐。5.2在地震災(zāi)害防治中的應(yīng)用潛力地殼與上地幔結(jié)構(gòu)特征與地震活動之間存在著緊密而復(fù)雜的內(nèi)在聯(lián)系，這種聯(lián)系為接收函數(shù)方法在地震災(zāi)害防治領(lǐng)域的應(yīng)用提供了堅實的理論基礎(chǔ)和廣闊的應(yīng)用前景。從地震的孕育和發(fā)生機(jī)制來看，地殼與上地幔的結(jié)構(gòu)不均勻性起著關(guān)鍵作用。在福建地區(qū)，地殼厚度的變化、上地幔速度結(jié)構(gòu)的異常以及殼內(nèi)低速層的存在等因素，都會導(dǎo)致地殼內(nèi)部應(yīng)力分布的不均勻。地殼厚度的變化會使得不同區(qū)域承受的重力負(fù)荷不同，從而引發(fā)應(yīng)力的積累和調(diào)整；上地幔速度結(jié)構(gòu)的異常則反映了深部物質(zhì)狀態(tài)的差異，這種差異會影響地幔對流和板塊運(yùn)動，進(jìn)而對地殼產(chǎn)生不同的作用力，導(dǎo)致應(yīng)力集中。殼內(nèi)低速層的存在使得地震波傳播特性發(fā)生改變，容易引發(fā)地震波的散射和聚焦，進(jìn)一步加劇應(yīng)力的集中。這些應(yīng)力集中區(qū)域是地震孕育的重要場所，當(dāng)應(yīng)力積累超過巖石的強(qiáng)度極限時，巖石就會發(fā)生破裂，從而引發(fā)地震。接收函數(shù)方法在地震災(zāi)害防治中具有多方面的重要應(yīng)用潛力。在地震預(yù)測方面，通過對接收函數(shù)的持續(xù)監(jiān)測和分析，可以實時獲取地殼與上地幔結(jié)構(gòu)的動態(tài)變化信息。當(dāng)發(fā)現(xiàn)地殼厚度、上地幔速度結(jié)構(gòu)等參數(shù)出現(xiàn)異常變化時，這可能預(yù)示著地下應(yīng)力狀態(tài)的改變，進(jìn)而可能增加地震發(fā)生的風(fēng)險。利用接收函數(shù)方法對日本某地區(qū)進(jìn)行長期監(jiān)測時，發(fā)現(xiàn)當(dāng)?shù)貧?nèi)某一區(qū)域的速度結(jié)構(gòu)發(fā)生明顯變化后不久，該地區(qū)發(fā)生了中等強(qiáng)度的地震。這表明接收函數(shù)方法能夠捕捉到地震孕育過程中地殼與上地幔結(jié)構(gòu)的前兆信息，為地震預(yù)測提供重要依據(jù)。在震害評估中，接收函數(shù)方法同樣發(fā)揮著關(guān)鍵作用。不同的地殼與上地幔結(jié)構(gòu)會對地震波的傳播產(chǎn)生不同的影響，從而導(dǎo)致地面震動強(qiáng)度和特征的差異。通過對接收函數(shù)的分析，可以準(zhǔn)確了解地震波在不同地質(zhì)結(jié)構(gòu)中的傳播特性，進(jìn)而預(yù)測地震波在不同區(qū)域的傳播路徑和衰減情況。在福建地區(qū)，沿海地區(qū)和內(nèi)陸地區(qū)的地殼與上地幔結(jié)構(gòu)存在明顯差異，沿海地區(qū)地殼較薄，上地幔頂部存在熱異常，這些結(jié)構(gòu)特征使得地震波在沿海地區(qū)傳播時更容易發(fā)生散射和衰減，導(dǎo)致地面震動強(qiáng)度相對較?。欢鴥?nèi)陸地區(qū)地殼較厚，地震波傳播相對穩(wěn)定，地面震動強(qiáng)度可能相對較大。利用接收函數(shù)方法獲取的這些信息，可以更準(zhǔn)確地評估不同區(qū)域在地震中的震害程度，為震害評估提供科學(xué)依據(jù)，有助于制定合理的抗震救災(zāi)和災(zāi)后重建策略。接收函數(shù)方法還可以與其他地球物理方法相結(jié)合，進(jìn)一步提高地震災(zāi)害防治的能力。與大地電磁測深方法結(jié)合，可以同時獲取地下電性結(jié)構(gòu)和速度結(jié)構(gòu)信息，更全面地了解地下地質(zhì)構(gòu)造特征，提高對地震孕育環(huán)境的認(rèn)識；與重力測量方法結(jié)合，可以通過分析重力異常來推斷地下物質(zhì)密度分布，與接收函數(shù)得到的速度結(jié)構(gòu)相互印證，增強(qiáng)對地殼與上地幔結(jié)構(gòu)的反演精度，從而更準(zhǔn)確地評估地震災(zāi)害風(fēng)險。5.3對地?zé)豳Y源勘探的指導(dǎo)意義上地幔熱異常與地?zé)豳Y源之間存在著緊密的內(nèi)在聯(lián)系，這種聯(lián)系為福建地區(qū)地?zé)豳Y源勘探提供了重要的理論依據(jù)和指導(dǎo)方向。從地?zé)豳Y源的形成機(jī)制來看，上地幔熱異常是其形成的關(guān)鍵因素之一。在地幔熱異常區(qū)域，由于深部熱物質(zhì)的上涌，導(dǎo)致地殼底部的溫度升高，巖石發(fā)生部分熔融，形成巖漿。這些巖漿在上升過程中，會將大量的熱量傳遞給周圍的巖石和流體，使得地下熱水被加熱，從而形成地?zé)豳Y源。在福建沿海地區(qū)，上地幔頂部存在明顯的熱異常，這為該地區(qū)地?zé)豳Y源的形成提供了有利的熱動力條件。研究結(jié)果對福建地區(qū)地?zé)豳Y源勘探具有多方面的指導(dǎo)意義。通過對接收函數(shù)反演得到的上地幔速度結(jié)構(gòu)和熱異常分布的研究，可以確定潛在的地?zé)豳Y源富集區(qū)域。在速度結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)低速異常且熱異常明顯的區(qū)域，如沿海地區(qū)的廈門、漳州等地，地?zé)豳Y源存在的可能性較大。這些區(qū)域的上地幔熱物質(zhì)上涌，為地?zé)豳Y源的形成提供了熱源，同時低速異?？赡馨凳局鴰r石的部分熔融或流體的存在，這些條件都有利于地?zé)豳Y源的富集。研究結(jié)果還可以為地?zé)豳Y源勘探的鉆孔選址提供科學(xué)依據(jù)。根據(jù)地殼與上地幔結(jié)構(gòu)特征，選擇在熱異常中心、殼內(nèi)低速層發(fā)育以及斷裂構(gòu)造附近等有利于地?zé)豳Y源形成和儲存的區(qū)域進(jìn)行鉆孔勘探，可以提高勘探的成功率和效率。斷裂構(gòu)造往往是地?zé)崃黧w運(yùn)移的通道，在斷裂帶附近進(jìn)行鉆孔，更容易發(fā)現(xiàn)地?zé)豳Y源。通過對地殼分層結(jié)構(gòu)和速度變化的研究，可以準(zhǔn)確了解地下巖石的物理性質(zhì)和結(jié)構(gòu)，為合理設(shè)計鉆孔深度和角度提供參考，確保鉆孔能夠有效地穿透熱儲層，獲取地?zé)豳Y源。利用接收函數(shù)方法得到的研究結(jié)果，能夠為福建地區(qū)地?zé)豳Y源勘探提供重要的理論指導(dǎo)和技術(shù)支持。通過確定潛在的地?zé)豳Y源富集區(qū)域和優(yōu)化鉆孔選址，有望提高地?zé)豳Y源勘探的成功率和開發(fā)效率，促進(jìn)福建地區(qū)地?zé)豳Y源的合理開發(fā)利用，為緩解能源壓力、實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展做出貢獻(xiàn)。六、結(jié)論與展望6.1研究主要成果總結(jié)本研究運(yùn)用接收函數(shù)方法，對福建地區(qū)地殼與上地幔結(jié)構(gòu)特征展開深入探究，取得了一系列具有重要科學(xué)價值的成果。在福建地區(qū)地殼結(jié)構(gòu)方面，我們通過H-k搜索疊加方法精確確定了地殼厚度。研究發(fā)現(xiàn)，福建地區(qū)地殼厚度范圍在[最小厚度值]-[最大厚度值]km之間，呈現(xiàn)出