华北克拉通是世界上最古老的克拉通之一。自新生代以来，受青藏高原东北向挤出和太平洋板块西向俯冲的影响，华北克拉通的岩石圈经历了明显的改造和破坏。在华北克拉通地区，一系列的拉张盆地和火山活动是深部变形在浅表的直接响应。因此，非常有必要开展精细的沉积层和壳幔结构研究，来揭示华北克拉通岩石圈的构造变形和地质演化特征。

中国地震局地球物理研究所徐小明副研究员团队提取了Rayleigh波相速度和Z/H比曲线，利用基于贝叶斯马克洛夫链的蒙特卡罗非线性联合反演方法获取了华北克拉通的沉积层厚度和S波速度分布（图1）。

图1 沉积层厚度和S波速度联合反演

研究结果表明：华北克拉通沉积层厚度和S波速度结构具有明显的横向不均匀性；渤海湾盆地、鄂尔多斯盆地和其周围地堑的沉积层结构反映了不同的沉积过程；低速异常的分布揭示了华北克拉通岩石圈西部被局部修改而东部遭受了大范围的破坏；大同火山下方显著的低速异常暗示了软流圈物质上涌，其中一个水平分支促进了华北克拉通东部岩石圈的破坏，而另一个垂直分支贡献了大同火山喷发的岩浆；在中下地壳，大同火山的岩浆有向西北延伸的特征，而高速的上地壳证实了大同火山为死火山的事实；根据深浅部的结构特征，华北克拉通的构造变形可能与青藏高原东北向挤出和太平洋板块西向俯冲有关（图2）。

图2 华北克拉通岩石圈变形示意图

研究的创新点包括：1. 利用蒙特卡罗非线性联合反演方法构建了华北克拉通沉积层厚度和岩石圈S波速度模型；2. 对华北克拉通盆地和地堑的沉积层厚度有了新的认识，揭示了其沉积过程和变形特征；3. 不仅指出了华北克拉通岩石圈从西向东由局部修改到大范围破坏的事实，还新发现了大同火山下方软流圈物质上涌对岩石圈破坏的贡献及其在中下地壳的展布，高速的上地壳揭示了大同火山的活动属性。

研究给出华北克拉通沉积层厚度和三维S波速度模型，对华北克拉通沉积过程和岩石圈构造变形进行了讨论。研究结果可为地表沉积与地震放大效应的定量关系提供参数，为华北克拉通构造变形提供约束，对华北地区的防震减灾工作具有一定的参考意义。成果2022年发表于学术期刊《Seismological Research Letters》（Xu, X.; Li G.; Ding Z.; Huang, X. S-Wave Velocity Structure of the Crust and Upper Mantle beneath the North China Craton Determined by Joint Inversion of Rayleigh-Wave Phase Velocity and Z/H Ratio. Seismol. Res. Lett. 2022, 1-13. doi: 10.1785/0220220014.），受国家自然科学基金面上项目（41974100）和联合基金（U1839210）共同资助。

【作者简介】

徐小明，男，博士，中国地震局地球物理研究所副研究员，主要从事壳幔结构和各向异性方面的研究。