华南地区上地幔波三维速度结构和动力学意义来(5)

图9 F、G截面的检测板测试(a) 输入模型包括扬子克拉通下方的一个高波速异常体和华夏块体下方的一个低波速异常体;(b) 检测板的P波输出模型.剖面的地形展示在每个剖面图的上方.Fig.9 Checkboard tests of vertical slices F,G(a) Input model. Include high velocity anomaly beneath the Yangtze Craton and low velocity anomaly beneath the Cathaysia block; (b) Output model ofVPvelocity inversion. Topography are illustrated at the top of each slice.

3.2 秦岭—大别造山带南侧上地幔的高速异常体

扬子克拉通和华夏块体的上地幔速度结构存在显著的差异.这一差异与前人的远震大尺度成像结果一致(Zhang et al., 2015).我们在扬子克拉通下的上地幔观测到显著的高速异常结构(图6).这一高速异常体结构存在于29°N以北的范围，并且这个高速异常体结构的方向大致与秦岭—大别构造带的走向一致.这一异常体结构从100 km深度处向下一直延伸至转换带附近.这一结构显示出一种向南向深部延伸的特征，呈现大约45°的倾角(图7).相似的结构在一些之前的大尺度速度结构研究中也有展示(Lebedev and Nolet, 2003; Chen 2015).这一高速异常体在200 km深度处异常强度最为显著(图7,剖面B-B′,C-C′).随着深度加深，强度有所减弱.这与检测板测试中，深部速度扰动在模型中被平滑的现象一致.主要是模型的平滑与阻尼造成的.高速异常体在南北方向上的厚度大约为200 km，异常体在地表的投影位置大致位于江南造山带以北.本文对该高速异常体反演效果进行了检测(图9)，模型中输入了与观测结果同等尺度和强度的速度异常体，在本文使用的模型中，该异常体被清晰的求解获得.只有在深部地幔转换带附近，异常体强度有所下降，这是深部射线分布更加稀疏造成的.本文使用的模型在500 km以上，可以对该尺度的速度异常进行清晰的反演和求解.

本研究观测到扬子克拉通上地幔速度结构存在另外一个有趣的特点.在扬子克拉通下方的这一高速异常体内，存在一个嵌入的低速异常体结构.在117°E至119°E范围内可以清晰的观测到这一异常体结构.其深度范围大约为150～300 km.图7中展示了东西方向的剖面 (D-D′)和(E-E′)上的VP速度成像结果.其中剖面D-D′横穿扬子克拉通的高波速异常结构.在这些剖面中，可以清晰的观测到嵌入进高速块体的这一低波速异常体.前人的P波速度结构成像结果中也存在与其一致的特征(Jiang et al., 2015) .

4 讨论

本研究基于华南地区布设的155个宽频带流动地震台站数据反演获得的最佳P波三维速度成像结果显示，大致以江南造山带为界，研究区南部的华夏块体的大部分区域上地幔存在一个清晰的低速异常构造，而研究区北部的扬子克拉通的大部分区域上地幔则存在高速异常结构，并且南部的低速体和北部的高速体都向下延伸到地幔转换带.尤其是在300～500 km深度，这种以江南造山带为界的南部低速而北部高速异常的分布特征最为清晰(图6).

4.1 华夏块体上地幔的低速异常和地幔热物质流

本研究最重要的结果是华夏块体上地幔存在一个清晰的大尺度低速异常体.这一异常体在100 km深度已经初具规模，向深部延伸直至地幔转换带.之前的更大尺度地震层析成像研究也报道过类似的速度结构(Liu et al., 2017；Xia et al., 2016).

反演获得的最佳三维P波速度模型在华夏块体下方的地幔转换带400～500 km深度范围观测到比较强的低速异常体(图6)，并且呈南部靠近海岸线最强，逐渐向北(内陆)减弱.从图7的垂向剖面可以看到，似乎在(27°N，118°E)处地幔转换带显示一个非常强的来自下方的低速体.如果我们把在华夏块体下方100～410 km范围观测到的大规模低速异常归因为来自深部地幔转换带的上升热地幔物质流，则该上升热地幔物质流很有可能在(27°N，118°E)处通过410-km界面进入上部地幔(图6d—6e的红色圆圈)，并且在上升的过程中逐渐向西(图7F-F′)和向北扩展、强度变弱(图7C-C′).尽管图6展示的水平截面显示似乎在靠近南海海岸线一带的地幔转换带也存在较强的大范围低速异常体，但是这部分地区已经在本研究反演可以分辨的有效区域的边缘或者超出，因此，我们在此不做过多的评论，仅希望为今后更大范围(包括华南地区和南海海盆)的地震台阵反演研究提供有价值的线索.

另外，有关在华夏块体下方地幔转换带内低速异常体的起源问题，我们认为可能是与目前为止颇有争议的海南地幔柱有关联.因为，我们前期的大区域尺度的地震层析成像研究(Chen, 2004; Chen et al., 2004; Pei et al., 2004)显示在华北和华南的北部(29°N以北)，地幔转换带存在较强的高速异常体，被解释为后撤的西太平洋板块(包括菲律宾海洋板块)残留碎块的堆积.因此，本研究观测到的28°以南的地幔转换带的低速异常不应该与西太平洋板块的俯冲和后撤作用有关联，而只能是和来自南部的南海海盆的演化和可能存在的海南地幔柱有直接或间接的关系.也就是说，华夏块体岩石圈的演化和来自其下方的软流圈上涌产生的火山活动都可能受控于南海海盆的演化和可能存在的海南地幔柱的相互作用.

文章来源：《华南预防医学》 网址: http://www.hnyfyxzz.cn/qikandaodu/2021/0428/560.html