从大兴安岭地壳结构南北差异看太平洋板块深俯冲的远场效应 |温韫等-JGR

太平洋板块在东亚地区下方深俯冲和地幔过渡带内停滞是一种独特的构造现象，是扩展板块构造学说的重要研究课题。前人研究主要集中于这个现象所导致的强烈近场效应，例如长白山火山活动，而对其远场效应知之甚少。大兴安岭地区位于我国东北地区的西缘，构造上隶属于中亚造山带，受太平洋板块深俯冲的远场效应影响，自中生代以来经历了多期构造运动及相应的岩浆活动，导致了现今该地区复杂的地壳结构。因此，获取大兴安岭地区高分辨率地壳性质图像，厘清各期岩浆活动在地壳中的残留结构信息，对于深入认识太平洋板块俯冲远场效应的影响范围及相关的动力学过程十分重要。

中国科学院地质与地球物理所地球与行星物理院重点实验室博士生温韫与导师姜明明副研究员、陈棋福研究员等人，在布设于大兴安岭北部的两个宽频带流动地震台阵的基础上，又收集了该地区内的流动台站以及固定台站的数据(图1)，发展了一种联合接收函数以及面波频散的H-κ叠加新方法，获取了大兴安岭地区下方地壳平均波速比以及莫霍面深度分布图。大量理论测试以及与前人已有结果的对比后发现，这种联合分析的方法能够获得更为精确的波速比信息。

图1 大兴安岭及其邻区构造简图以及台站分布图。其中紫色虚线划分不同构造单元， 灰色阴影代表研究区内主要盆地，红色实线代表南北重力梯度带，蓝色实线代表俯冲板片的前缘，右图中不同图形代表不同流动台阵以及固定台

研究结果显示大兴安岭及周边地区莫霍面深度分布与地表地形以及布格重力异常的分布较好对应(图2)，整体呈现为“盆地浅，山地深”的特征。南北重力梯度带附近莫霍面深度存在明显的跳变，东侧深度较浅，西侧更深，与地表地形、岩石圈厚度，以及地幔过渡带内高速结构在重力梯度带两侧存在明显差异的特征是一致的。这种自上而下较为一致的特征，可能反映了南北重力梯度带是太平洋板块深俯冲作用下，直接影响区域与远场效应区域的分界线。研究区域大兴安岭地区主要位于梯度带西侧，其地壳的改造应该来自于俯冲作用的远场效应。地壳平均波速比则呈现出明显的南北差异，分界线大约在50°N。南部区域波速比分布较为复杂，呈现出高低波速比相互拼贴的特征；而北部特征较为单一，呈现为一块较为完整的高波速比区域（图3）。南部复杂的地壳平均波速比分布反映了远场效应的改造作用，其中火山下方高波速比区域是远场效应下次级对流导致的底侵作用的结果，而北部由于较远的位置，地壳可能没有受到显著的改造，因而表现为单一的高波速比特征

图2 研究区域莫霍面深度分布图以及布格重力异常分布图(EGM2008, Pavlis et al., 2012)

图3 研究区域地壳平均波速比分布图以及剩余地形分布图

研究成果发表于国际权威学术期刊JGR-Solid Earth（温韫，姜明明*，陈棋福，艾印双，侯广兵，凌媛. Disparate Far-Field Responses of Deep Pacific-Plate Subduction Beneath Northeastern Asia: Implication for the North–South Segmented Crustal Modification of the Great Khingan Range [J]. Journal of Geophysical Research: Solid Earth, 2024, 129(6): e2024JB028680. DOI: 10.1029/2024JB028680.）。研究受到国家自然科学基金等项目（XDB18000000, 91958209，U23B20146）的资助。