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多学科研究表明华北克拉通从中生代到新生代期间经历了岩石圈减薄、大规模的岩浆活动和构造变形，克拉通破坏主要集中在东部块体，岩石圈较薄，经历多期次的变形和改造，但是华北克拉通破坏的机制与动力学过程一直是地学研究的热点及难点。相比于速度结构，地震各向异性可以提供地幔变形的信息。S波分裂是目前测量地震各向异性的常规和有效的手段之一，但是缺乏深度上的分辨率。地震体波各向异性层析成像可以同时揭示速度结构和地震各向异性的三维变化，进而对深部壳幔的地球动力学过程提供约束。

中国地震局地球物理研究所郭慧丽助理研究员等基于中国地震科学台阵二期和三期的流动台站以及固定台网数据（图1），利用P波各向异性层析成像方法获得了华北克拉通及邻区的三维P波速度结构、方位各向异性（图2）和径向各向异性结构（图3），Vp速度结构的分辨率约为55km，各向异性结构的分辨率约为110km。

图1 台站分布及远震事件分布

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图2 华北克拉通及周边地区的P波方位各向异性结构

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图3 华北克拉通及周边地区的P波径向各向异性结构

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成像结果揭示了不同块体/构造的新特征，速度结构和各向异性结构均随深度变化。（1）FVD（快波方向）在青藏东北缘沿边界大断裂呈现弧形过渡带，分隔了祁连、阿拉善和华北克拉通西部，青藏高原下方50-200km深度的低速异常和正的径向各向异性（水平向Vp > 垂向Vp）表明上地幔以水平形变为主。（2）大同火山下方300km深度以上FVD以火山为中心呈现圆形模式，径向各向异性在中心为负（垂向Vp>水平向Vp），周围则为正（水平向Vp > 垂向Vp），结合其下深达700km低速异常，表明，大同火山是由来自下地幔的因地幔过渡带中俯冲板片垮塌导致的热上升流引起的，且在其周围存在局部水平地幔流动。（3）华北克拉通东部的各向异性结构非常复杂。100-200km深度上FVD在北部以NW-SE为主；中南部显示一个较大的圆形模式，从近E-W向变为NW-SE向；在该深度上的径向各向异性为正（水平向Vp > 垂向Vp），结合显著的低速异常，可能反应了华北克拉通东部薄岩石圈下方的水平地幔流。（4）上地幔和地幔过渡带中（300-500km）郯庐断裂带两侧的径向各向异性存在显著差异，其西侧为负（垂向Vp>水平向Vp），说明以垂向变形/流动为主；其东侧为为正（水平向Vp > 垂向Vp），说明以水平变形/流动为主。（5）大同下方的低速异常与华北东部下方的低速异常相连，且以水平变形/流动为主，结合华北下方的复杂各向异性特征，我们认为华北东部下方同时存在水平和垂向的地幔流动，大同下方的热上升流对华北东部的地幔动力学过程有贡献。

该项研究揭示了华北克拉通下方上地幔和地幔过渡带速度和各向异性结构的新特征，为深部动力学过程提供了新认识。相关成果发表在国际期刊Geophysical Journal International上（Huili Guo, Dapeng Zhao, Zhifeng Ding, 2024. Anisotropic tomography and mantle dynamics of the North China Craton, Geophysical Journal International, 236(3), 1455–1470, https://doi.org/10.1093/gji/ggad497），由中国地震局地球物理研究所基本科研业务专项(DQJB22B26)，科技部重点研发项目(2017YFC1500200）、国家自然科学基金项目(42074053,41704060)及Japan Society for the Promotion of Science (19H01996)联合资助。

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【作者简介】

郭慧丽，博士、助理研究员，主要从事地震层析成像和地球内部结构研究。E-mail:?guohuili@cea-igp.ac.cn

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