俯冲带中洋壳在中国东北上地幔底部分离的地震学证据
沈旭章1 周蕙兰2
1 中国地震局兰州地震研究所，兰州 730000，Email：shenxzh@gmail.com
2中国科学院研究生院计算地球动力学重点实验室，北京 100049。Email：zhouhl@gucas.ac.cn
中国东北西太平洋俯冲带位于欧亚板块与西太平洋板块的交界部位，西太平洋板块的俯冲从日本海沟开始一直延伸到了中国东北地区。层析成像[Gudmundsson & Sambridge ,1998; Huang & Zhao,2006]结果表明，由于西太平洋板块和该区域‘660’相互作用，导致了该区域上地幔结构的复杂性。接收函数和其它地震学[Niu & Kawakatsu，1996；Li & Yuan，2003；Lebedev et al，2002；Ai et al，2003；周元泽 & 臧绍先，2001]对该地区的研究还表明，不仅俯冲板块内部及其近邻地带的‘660’下沉，而且‘660’在一些局部地区还表现为多级间断面形式。不过，已有的研究工作对于略浅些的600km深度附近的情况，尚未关注和探讨。
高温高压实验[Ringwood, 1967；Anderson, 1979；Irifune & Ringwood, 1993]和数值模拟结果[Van Keken et al，1996；Karato，1997]表明，作为俯冲板块一部分的厚约7km的洋壳，其主要岩石为玄武岩，在壳底还有少量斜方辉橄岩和橄榄岩，在450km左右的温压条件下发生相变后主要成分为富含Mg的石榴石。当板块俯冲到约600多公里深度时，俯冲板块中洋壳的物质比周围的地幔岩（Pyrolite）的密度小，浮力作用导致洋壳不能再随同整个俯冲板块俯冲到比660km更大深度，而是从俯冲板块中分裂出来并滞留堆积成为低波速层区，2003年Shen在南非探测到了深度600km附近存在低速层，并将其看作是从俯冲板块分裂出来的洋壳滞留堆积物。
本文使用东北地区的4个固定台站（属CCDSN：中国数字地震台网中心）和19个流动台站（属PASSCAL:大陆岩石圈地震台阵研究计划）的观测接收函数，以CRUST2.0( http://mahi.ucsd.edu /Gabi/rem.html)和S波层析成像模型[Grand，2001]给出的该地区三维地壳上地幔结构为背景，将接收函数时间序列转换为空间序列。我们发展了接收函数共转换点相位加权叠加（CCP-PWS: Common Convert Points-Phase weighted stacks）偏移技术，即利用相位加权叠加[Schimmel & Paulssen，1997]技术，对相同深度的第一Fresnel带[Sheriff，1980]内的P-S透射转换点对应的幅度进行非线性叠加，以压制噪声，突出和间断面相关的信号，对该地区的上地幔间断面进行了成像。
结果表明：①在深度620km附近存在一个明显的低速层，而且在靠近俯冲带的研究区东部较浅，深度约600km。通过和前人研究结果对比，认为该低速层很可能是西太平洋俯冲板块中的洋壳从俯冲板块分离并滞留堆积形成的。②受西太平洋俯冲板块的影响，‘660’间断面深度在研究区增加，最深达到700km左右，而且在研究区东北角呈现为多级间断面。
Seismic evidence for separation of oceanic crust from subduction above the upper mantle beneath Northeast China
Shen-Xuzhang1 Zhou-Huilan2
1 Lanzhou Institute of Seismology, China Earthquake Administration, Lanzhou, 730000, China
2 Laboratory of Computational Geodynamics, Graduate University of the Chinese Academy of Sciences,
Beijing, 100049, China
本文详细内容发表在2009年《科学通报》第二期