贝加尔裂谷位于欧亚大陆内部，远离活动边缘，是最典型的大陆裂谷之一.从区域构造上看，裂谷位于稳定的克拉通与活动块体的衔接带上，整体位于古生代的赛扬-贝加尔褶皱带中，西北方向紧靠刚性的太古代-古元古代的西伯利亚克拉通，东南向毗邻蒙古褶皱带，西南方向则分布着阿尔泰、蒙古西部、天山等组成的中亚微板块镶嵌体(图 1).从构造演化历程来看，在古生代时期，贝加尔褶皱带和蒙古板块表现为由前寒武纪微大陆、岛弧碎片以及洋壳等拼接在西伯利亚克拉通边缘形成的增生带^[1-2]，随着中生代三叠纪末期鄂霍次克洋的闭合，贝加尔和蒙古岩石圈最终形成，并且一直没有经受强烈的变形，直到新生代时期印度-欧亚板块碰撞导致亚洲区域大规模的板块重组，贝加尔裂谷裂陷过程大约开始于30 Ma以前，处于印欧碰撞的早期阶段^[3].对于贝加尔裂谷的成因及演化机制，地学工作者主要形成了两派观点，一派是“主动成因说"，支持者认为贝加尔地区深部地幔物质的大规模上涌引起了岩石圈拉张，最终形成贝加尔裂谷^[4-11]；另一派是“被动成因说"，将裂谷的张裂归因于由印度-欧亚碰撞导致的块体间应力^[12-16].很明显，这两种机制将导致不同的地壳和上地幔形变方式，通过对贝加尔裂谷下方壳、幔形变的研究有助于我们了解裂谷的形成机制和演化过程.根据“威尔逊循环学说"^[17]，大陆裂谷是大洋形成和演化的起始阶段，研究贝加尔裂谷的形成与演化，对于探究大陆裂解和大洋形成机制具有重要意义.

地震各向异性研究是了解地壳和地幔变形的有效方法之一.研究认为，上地壳各向异性是由于含液体的孔隙或孔隙在应力作用下定向排列造成的，快波偏振方向与水平最大主压应力方向一致；中下地壳各向异性主要是由含黑云母和角闪石的各向异性矿物在低黏滞度的环境中晶格的优势排列引起的；而上地幔各向异性主要是由上地幔中橄榄岩等矿物晶格的优势排列引起的^[18-19].目前，SKS 波分裂测量已广泛应用于上地幔各向异性研究，这一方法主要具有以下优势:震中距在85°~130°范围的SKS波近似垂直入射到台站下方，因此具有较高的横向分辨率，并且，这一震中距范围的SKS 波与其它震相分离，故容易识别.自上个世纪90年代以来，多位学者通过布设流动台站研究得到了贝加尔裂谷地区的上地幔各向异性特征.Gao 等^[8]的研究发现该区SKS快波偏振方位趋于NW-SE向，而Barruol等^[16]的研究显示克拉通南部的数个台站的SKS快波方向呈WE 向或NE-SW 向(图 1).另外，对模拟台站的SKS分裂测量显示裂谷轴部的快波方向接近于裂谷轴向^[9].由此可见，贝加尔裂谷下方的各向异性结构相当复杂，而流动台站可用于SKS分裂测量的事件较少，难以准确揭示台站下方的上地幔各向异性结构，因此，本研究主要对该地区可获得的宽频带固定台站的远震波形记录进行SKS 波分裂测量.

图 1

Fig. 1

图 1 贝加尔裂谷区域构造及剪切波分裂测量综合示意图 绿色三角表示本次研究使用的固定台站，白色小圆圈表示流动台站，白色箭头表示欧亚绝对板块运动方向；黑色线段表示固定台站SKS波分裂测量结果，蓝色线段表示流动台站SKS分裂测量结果，红色线段表示PmS分裂测量结果；其中，线段方向表示快波方向，长度代表分裂时差.流动台站SKS分裂测量数据来自http://www.gm.univ-montp2.fr/splitting/DB/. Fig. 1 The regional structure in the Baikal Ritt zone and the global shear-wave splitting measurements The green triangle denotes long-term-station used rn this study, while the small white circle denotes mobile station.The direction of the white arrow represents the absolute-plate-motion orientation of Eurasian Plate.The black line denotes SKS splitting measurement of long-term-station, while the blue denotes that of mobile station, and the red denotes the PmS splitting measurement.The direction of each line represents the orientation of fast wave, and the length represents delay time.

地壳各向异性能够反映地壳尺度的应力分布状态，是壳、幔耦合性研究的重要证据之一.由于SKS波分裂参数反映的是从核幔边界到台站之间的各向异性的综合效应，很难确定各向异性层的深度，为了分析贝加尔裂谷下方地壳的各向异性特征，本研究还对接收函数PmS震相进行了分裂测量^[20-21].PmS波是莫霍面的P-S 转换震相，如果地壳介质是各向同性的，接收函数切向分量将没有PmS 震相残留；反之，切向分量上将存在PmS震相残留，并且径向和切向的PmS波存在一定的时间延迟，这一特征使之区别于地壳横向非均匀(如倾斜界面)的响应，虽然后者也会使切向接收函数中存在PmS能量，但它与径向的PmS波是同时到达台站的.因此，通过对PmS震相的分裂测量可以得到反映地壳各向异性的两个参数:快波方向Φ 与快、慢波分裂时差δt.

本研究使用的地震波形记录来自两个宽频带固定台站:TLY(51.68°N，103.64°E，海拔579m, 位于贝加尔湖西南端)和ULN(47.87°N，107.05°E，海拔1610m, 位于乌兰巴托)，数据采样率为50 Hz.我们从IRIS 收集了ULN (1994-11-2010-02)和TLY (1992-07-2010-01)震级大于MS5.3 的地震波形记录，并筛选震中距在85°~130°范围内的地震事件以用于SKS 波分裂测量，同时筛选震中距在30°~90°范围内的事件用于PmS波分裂测量.所用地震事件多数分布于南太平洋地区的斐济-汤加一带，在其它地区也有少量分布，总体上事件方位分布满足研究要求.

最常用的SKS波分裂测量方法有三种，包括基于切向能量最小化的切向能量法(SC)、基于快慢波波形相似的旋转相关法(RC)，以及协方差矩阵最小特征值法(EV)^[22-27].其中，使用最普遍的是SC 方法.由于SKS波初始偏振沿径向，如果地下结构是各向同性的，那么SKS 波将不会发生分裂，此时切向能量应该为0.因此，如果能搜索(Φ，δt)网格找到使得切向分量能量Et(Φ，δt)最小的一对快波方向Φ和快慢波到时差δt，那么这一对值即为所求的分裂参数，这就是SC 方法的基本原理.其它两种方法也使用搜索(Φ，δt)网格的方法得到分裂参数，区别在于，RC 方法使用的判别量是快波分量(F)与慢波分量(S)的相关系数，最大相关系数对应的一组(Φ，δt)即为所求，而EV 方法使用的判别量是快、慢分量协方差矩阵的特征值，最小特征值对应的一组(Φ，δt)即为所求分裂参数.

研究表明^[28]，当水平分量不存在极性偏差时，SC方法是最精确稳定的方法，但是当方向极性存在偏差时，SC 方法的测量误差将随着极性偏差角的增大而非线性的迅速增大，远大于另外两种方法可能产生的测量误差.因此，为了有效避免水平分量出现极性偏差时传统SC 方法产生的较大测量误差，本研究使用一种改进的分裂测量方法---全局最小切向能量法^[28]，简称全局法.全局法允许在水平分量出现极性偏差时，通过搜索一定的极性偏转范围内的全局最小切向能量值(MTE)，获得准确的分裂参数.它的基本原理是，在网格搜索时首先扫描水平分量极性偏转角度，如果能找到合适的偏转角θ，对原有水平分量进行反偏转，消除极性偏差，再搜索(Φ，δt)网格找到一对快波方向Φ 和快慢波到时差δt，使得切向能量E_t(Φ，δt)最小，那么此时的E_t(Φ，δt)应该是全局最小量.本研究引入全局法，主要针对ULN 台可能存在的方向极性偏差^[29].

SKS波分裂测量的计算步骤为:首先使用3阶Butterworth带通滤波器([0.03Hz0.20Hz])对波形进行滤波，然后选取SKS震相所在的15s时窗，使用全局法搜索(θ，Φ，δt)网格，找到使切向能量达到全局最小的(θ，Φ，δt)组对；其中，极性偏差角θ 的扫描范围设定为-30°~30°，步长为1°，快波方向Φ的扫描范围为0°~180°，步长为1°，分裂时差δt扫描范围为0~4s, 步长为0.1s.对于初步获得的扫描结果，按照以下准则判定测量结果正确与否:(1)搜索得到全局最小切向能量时，SC 方法与EV 方法的分裂测量结果一致；(2)各向异性校正前质点运动轨迹为椭圆，水平分量极性偏差校正后再补偿各向异性，质点轨迹呈线性；(3)快波方向误差σΦ <22.5°^[25]，分裂时差误差σδt ＜δt/2.

对于PmS 波分裂测量，首先采用时间域Wiener滤波方法计算径向和切向接收函数^[30]，然后使用全局法扫描PmS分裂参数，其中，极性偏差角的扫描范围仍设定为-30°~30°，快波方向扫描范围仍设定为0°~180°，而分裂时差扫描范围设定为0.0~0.40s, 步长为0.01s.

对SKS波进行分裂测量时发现，传统的SC 方法无法将切向上的能量去除干净.图 2 展示了对表 1中的第8个事件使用SC、RC、EV 三种方法测量得到的结果(SC 方法:Φ=43°，δt=1.9s；RC 方法:Φ=76°，δt=0.5s；EV 方法:Φ=68°，δt=0.6s)，由图 2b所示，使用传统SC 方法校正各向异性，质点轨迹仍然存在“尾巴".根据全局法，在不同的校正偏角下使用三种传统方法分别测量分裂参数.如图 3所示，当θ=10°时，SC 方法与EV 方法得到相同的快波方向，此时切向能量也取得全局最小值.因此，测量之前先将水平分量顺时针旋转10°，此时SC 方法和EV 方法可测得一致的分裂参数:Φ=58°，δt=0.6s, 与传统SC 方法测量结果相比，前后两者快波方向相差了15°.图 4展示了水平分量纠偏之后使用SC、RC、EV 三种方法测量得到的结果，由图 4b 可知，此时校正后的质点轨迹呈线性，表明了全局法的有效性.

图 2

Fig. 2

图 2 ULN 台第8个事件的SKS传统方法测量结果 (a)原始地震记录；左侧框图展示径向(粗黑线)和切向分量(灰线)以及SKS震相分析时窗(竖直虚线)，右侧框图为初始质点运动轨迹；(b)SC方法测量结果.左侧框图为切向能量等值线图，“+”表示最优分裂参数；中间框图展示校正后的径向(粗黑线)和切向分量(灰线)；右侧框图为校正后的质点轨迹；(c)RC方法测量结果.左侧框图为相关系数等值线图，中间框图展示校正后的快波(粗黑线)和慢波分量(灰线)；(d)EV 方法测量结果.左侧框图为最小特征值等值线图. Fig. 2 SKS splitting measurements by traditional methods at station ULN from the 8th event in Table 1 (a) The original seismogram.The lett panel shows the radial (bold line) and transverse (gray thin line) components and the time window (vertical dash line) of the SKS phase analyzed.The right panel shows the initial particle motion； (b) The measurement of splitting parameters by SC method.The lett panel s the contour map of the energy on the transverse component with the best-tiuing spliuing parameters shown with the cross.Themiddle panel shows the corrected radial (bold line) and transverse (gray thin line) components, and the right panel is the corrected particle motion; (c) same as (b) but by RC method.The contour map shows the correlation coefficient.The bold line and the gray thin line rn middle panel are the corrected fast and slow components, respectively; (d) same as (c) but by EV method.The contour map shows the minimum eigenvalue.

表 1(Table 1)

表 1 ULN台SKS波分裂测置结果及所用事件 Table 1 The SKS splitting measurements and used events at station ULN

表 1 ULN台SKS波分裂测置结果及所用事件 Table 1 The SKS splitting measurements and used events at station ULN

图 3

Fig. 3

图 3 快波方向Φ随校正偏角θ 的变化关系(水平分量顺时针旋转) 当θ=10°时，SC方法与EV方法得到相同的快波方向Φ=58°，此时切向能量(MTE)取得全局最小值. Fig. 3 The variation in the fast direction with the correction angle (rotating the horizontal components clockwise) Themethods SC (closed circles) and EV ( crosses) obtain the same result of Φ=58° when θ=10° and the transverse energy (thin line) reaches a global minimum at this point.

图 4

Fig. 4

图 4 水平分量纠偏之后ULN台第8个事件的SKS测量结果 分裂测量之前，先将北向分量和东向分量顺时针旋转θ=10°.经过测量，得到SC方法测量结果:Φ=58°，δt=0.6s, RC方法:Φ=66°，δt=0.5s, EV方法:Φ=58°，δt=0.6s. Fig. 4 SKS splitting measurements after correcting the horizontal component misalignment at the ULN station from the 8th event in Table 1 The north and east components were rotated clockwise by θ=10° before the splitting measurements.After measurement, the best-fitting splitting parameters are Φ=58°,δt= 0.6 s bySC method in (b) ;Φ=66°,δt=0.5 s by RC method in (c) ;Φ=58°,δt=0.6s by EV method in (d).

由表 1所示，N 向校正偏角由-3°变化到20°，均值为8°，接近于Liu^[29]认识到的ULN 台存在的传感器极性偏差.Liu认为，在台站ULN 对SKS波进行分裂测量之前，应该首先校正10°的台站极性偏差.根据Liu的解释，有两个原因可能导致ULN台的极性偏差，一个可能是ULN 台的区域磁偏角与理论值相差较大，另一可能是磁偏角数据(西偏约3.5°~4.67°，1995-2009 年，数据源自CommunityCoordinated Modeling Centre http://modelweb.gsfc.nasa.gov/models/cgm/cgm.html)符号错被标反，导致摆放传感器时，其极性相对于磁北极逆时针偏转了约-5°.根据我们的测量，ULN 台的传感器极性偏差大约为8°.水平分量极性偏差变化范围较大，并且两个相邻时刻发生事件对应的极性偏差角也存在较大差别(如表 1 中第19、20 两个事件N向校正偏角相差6°)，说明台站下方浅层结构的非均匀性也可造成极性偏差，其与传感器极性偏差一起共同贡献了水平分量极性偏差.

单层各向异性假说是指各向异性位于一个有水平对称轴的单层内，并且各向异性参数(Φ，δt)随反方位角变化很小.我们在ULN 台站获得31个高质量的测量结果(表 1)以及21个“无分裂"事件.由图 5所示，ULN 台的快波方向变化范围是40°~130°，分裂时差变化范围是0.6~1.6s, 这么大的离散不能用单层各向异性来解释.Silver和Savage^[31]的研究表明双层各向异性的各向异性参数随事件反方位角呈现出π/2周期性变化.由图 5a所示，在BAZ区间90°~150°，快波方向整体表现出递增趋势，按照BAZ增减90°的准则，其它区间也表现出这个趋势.为了检验ULN 台下方是否存在双层各向异性结构，我们使用31个高质量测量结果，运用Silver和Savage^[31]的方法，模拟了具有水平对称轴的双层各向异性.选定信号主频为0.111Hz, 设置每层的快波方向扫描范围是0°~179°，步长为2°，分裂时差扫描范围是0~1.6s, 步长为0.20s, 1.6s为实际测量得到的最大分裂时差，我们计算了每一个双层模型的拟合曲线.通过计算，最合适的双层模型是Φ_upper=N74°E，δt_upper=0.80s, Φ_lower=N128°E，δt_lower=0.80s.图 5(a, b)显示了优选双层模型的拟合曲线，可见理论值曲线与实际测量拟合的较好，各向异性参数随反方位角呈现出π/2的周期性变化.预测得到的无效入射方位是4°，94°，184°和274°，我们得到的“无分裂"事件恰接近于94°.为了进一步验证优选模型是否具有统计意义，分析了与实际测量拟合程度最好、误差最小的1000个双层模型的两层快波方向分布.由图 5(d, e)所示，多数模型集中分布于优选快波方向所在区间，这说明优选模型代表了模型参数的总体趋势.因此，ULN台站下方存在双层各向异性这一复杂结构.

图 5

Fig. 5

图 5 ULN台SKS分裂测量结果以及双层模型拟合 (a)快波方向测量值随反方位角的分布；(b)分裂时差随反方位角的分布；其中，黑色曲线为优选双层模型的理论值曲线，主频率为0.111Hz, 小黑棒代表误差棒；(c)SKS测量结果随快波偏振方向的分布，半径表示分裂时差；(d)误差最小的1000个双层模型的上层快波方向分布；(e)误差最小的1000个双层模型的下层快波方向分布. Fig. 5 The SKS splitting measurements at station ULN and the fitting effect of the optimum two-layer model The fast direction (a) and delay time (b) plotted as a function of back azimuth.Apparent splitting parameters predicted for the optimum two-layer model( Φupper = N74°E，δtupper = 0.80 s,)，Φlower = N128°E，δtlower = 0.80 s) are plotted .are frequencies of 0.111 (black line).The short segment denotes the error bar, with the length represents the radius of the 95% confidence interval, (c) The distribution of SKS measurements varied with fast direction, with the radius represents delay tme.Distribution of upper layer fast direction (d) and lower layer fast direction (e) for the 1000 best-Rtting models are plotted as histograms.

在ULN台，罗艳等^[32]使用传统SC方法测得Φ_aver=45±5.3°，δt_aver=1.3±0.38s；Liu等^[29]在测量之前校正了10°的极性偏差，测得快波方向主要分为WE向与NE-SW 向两组；Barroul等^[16]也拟合得到两层模型Φ_upper=N72°E，δt_upper=1.0s, Φ_lower=N136°E，δt_lower=0.80s.由于测量使用的事件和方法都不相同，所以每人的测量结果也不同.相比而言，我们尽可能收集了较多的高质量事件，使用全局法扫描分裂参数，通过拟合得到了优选双层模型，而且优选模型的下层快波方向更接近于此处的欧亚绝对板块运动方向(Dir=303.18°，数据来自http://ofgs.ori.u-tokyo.ac.jp/-intridge/public_html_hidden/pmc/hs2_nuvel1.html).

在ULN台一共得到16个高质量的PmS分裂测量结果.由表 2所示，快波方向大多分布于80°~100°范围内，具有单层各向异性特征.由于倾斜界面也能使切向分量产生明显的能量，因此，将ULN台的接收函数按照反方位角排序列出，分析PmS分裂是否受到倾斜界面的影响.如图 6所示，随着反方位角变化，径向和切向的PmS震相存在比较显著的时差，说明PmS分裂并非由倾斜界面引起，而主要是由各向异性结构所形成.我们使用测量结果拟合具有水平对称轴的单层模型，通过计算分裂参数的误差加权平均值，得到优选单层模型为Φ_aver=77±2.3°，δt_aver=0.27±0.02s, 这说明ULN 台下方地壳内存在单层各向异性结构.

表 2(Table 2)

表 2 ULN台PmS震相分裂测置结果及所用事件 Table 2 The PmS splitting measurements and used events at station ULN

表 2 ULN台PmS震相分裂测置结果及所用事件 Table 2 The PmS splitting measurements and used events at station ULN

图 6

Fig. 6

图 6 ULN台接收函数按反方位角排列 其中，实黑直线表示t=5s, PmS震相到时以实黑点标出. Fig. 6 Receiver function at station ULN arranged by BAZ The solid black line denotes L = 5 s, and the solid black point represents arrive time of phase PmS.

全局扫描时发现，对于TLY台的多数事件，取得全局最小切向能量时，对应的水平分量极性偏差都在-5°~5°范围内，如表 3所示，虽然水平分量极性偏差的变化范围较大(由-24°到19°)，但是其均值接近于0(θ_aver=0.27°)，这表明TLY台的传感器不存在极性偏差.水平分量极性偏差的较大变化范围可能是由台站下方浅层结构的非均匀性所造成.通过全局扫描，我们在TLY台获得22个高质量的测量结果(表 3)以及43个“无分裂"事件(图 7d).如图 7所示，TLY 台的快波方向变化范围是50°~135°，如此大的离散同样不能用单层各向异性来解释，说明TLY台下方存在复杂的各向异性结构.

表 3(Table 3)

表 3 TLY台SKS波分裂测置结果及所用事件 Table 3 The SKS splitting measurements and used events at station TLY

表 3 TLY台SKS波分裂测置结果及所用事件 Table 3 The SKS splitting measurements and used events at station TLY

图 7

Fig. 7

图 7 TLY台SKS波分裂测量结果 (a、b)框中，虚线表示不同BAZ区间分裂参数的平均值；(c)中的黑色棒与灰色棒分别表示快波方向小于90°和大于90°的测量结果；(d)展示“无分裂”事件随BAZ的分布，半径表示震中距，小圆圈表示事件. Fig. 7 The SKS splitting measurements at station TLY In panel a and b, the dashed line denotes the average splitting measurement in different BAZ interval.The solid black bars in panel c denote splitting measurements with fast direction less than 90°，when the grey denote the rest.Panel d shows the distribution of null-splitting events, with the radius representing epicenter distance and small circle representing events.

各向异性结构的复杂性主要表现为多层性和横向非均匀性两个方面.双层模型的主要特点是，分裂参数随反方位角呈现π/2的周期性变化^[31].由图 7a所示，位于90°~180°BAZ区间的快波方向均分布在110°~135°范围内，而位于0°~90°BAZ区间的快波方向一致的小于90°，快波方向的这一分布特点表明TLY台的SKS波分裂测量无法用双层模型进行解释，而是表现出显著的横向非均匀分布特征.将快波方向按照事件所在反方位角区间划分为两组:BAZ<90°，快波方向在60°左右，其均值为63°，平均分裂时差为1.26s；BAZ>90°，快波方向在120°左右，其均值为114°，平均分裂时差为1.40s.图 7d展示了“无分裂"事件的分布，可见在100°~110°BAZ区间存在大量“无分裂"事件，这也表明该区间的优势偏振方位在110°左右.因此，我们认为TLY台下方的深部各向异性结构存在横向变化:在东北方位，优势结构方向为NE向，方位角约60°，在东南、西南方位，优势结构方向为SE向，方位角约为120°.

在TLY台，Iidaka等^[33]使用7个事件测得Φ_aver=158.83±4.45°，δt_aver=1.5±0.15s；罗艳等^[32]使用15个事件测得Φ_aver=112±8.4°，δt_aver=1.9±0.69s；Barruol等^[16]使用19个事件测得快波方向分为WE向与NS向两组，与本次测得的快波方向分布类似，区别在于其在东北方位得到的快波方向更接近于N向.由于使用的事件和测量方法都不相同，所以每次的分裂测量得到的结果也不一致.本次测量尽可能收集了可用地震事件，最终获得22个高质量结果，因此揭示的信息也更加全面.

使用全局法进行PmS波分裂测量时发现，虽然在切向接收函数上存在少许PmS能量残余，但是却无法通过全局扫描得到符合条件的测量结果.我们将TLY台的接收函数按照反方位角排列，分析PmS分裂是否受到倾斜界面的影响.如图 8所示，径向和切向上的PmS震相几乎不存在到时差，这表明TLY台的PmS分裂并非由各向异性结构形成，而可能是由倾斜界面引起.因此，TLY 台下方的地壳结构很可能是近似各向同性的，这与Gao等^[8]使用流动台站在裂谷中段得到的结论一致.

图 8

Fig. 8

图 8 TLY台接收函数按反方位角排列 Fig. 8 Receiver function at station TLY arranged by BAZ

研究表明^{[18, 25]}，SKS波分裂主要由软流圈流动和软流圈与岩石圈底部剪切作用，以及岩石圈形变过程形成结构体优势方向所决定.接收函数PmS分裂则反映了地壳形变特征，其快波方向通常与断层、褶皱、缝合线等地表构造方向一致^[34].

蒙古东部的形成演化经过了两个阶段:第一阶段，从泥盆纪至三叠纪，西伯利亚克拉通东南侧出现一个与克拉通边缘平行的活动边缘，为NE-SW 走向，该地区经受了强烈变形、增生和花岗岩入侵，形成海西期蒙古基底的重要组成部分^[2]；第二阶段，由于印-欧板块的碰撞作用，在渐新世末期，蒙古板块重新开始变形，由转换挤压构造主导，沿大型走滑断层逆冲缩短^[35].大尺度结构分析和板块构造重构表明^[36]，在整个早古生代和中生代，蒙古是一个不断增大和围绕安加拉板块转换挤压变形的地区，并且在蒙古东部为NE-SW 走向，形变涉及整个岩石圈，导致橄榄石快轴平行于岩石圈结构，从而诱发平行于转换剪切带的优势结构方向.结合以上认识对ULN台的测量结果进行分析，双层模型上层快波方向与测得的PmS快波方向基本一致，接近于古生代和中生代时期形成的岩石圈原始结构优势方向；另一方面，上层分裂时差可达0.8s, 而PmS平均分裂时差仅为0.27s, 说明双层模型的上层主要是岩石圈原始结构的反映，地壳与地幔岩石圈很可能长期耦合，存在一致性形变，火山岩捕虏体证据证实了这一点^[37].0.8s的分裂时差约等效于厚达90km 各向异性程度为4%的岩石圈^[38]，这与使用长波长瑞雷面波成像在蒙古中部得到的岩石圈厚度一致^[39].双层模型的下层快波方向接近于欧亚绝对板块运动(APM)方向，说明是由板块拖曳形成，反映了现今软流圈地幔的流动方向.ULN台揭示的双层各向异性结构在亚洲东部区域并非孤立的存在，前人的SKS波分裂测量表明^[40-42]，天山、青藏高原东北缘以及山西裂谷等邻近构造区域都存在类似的双层结构，而且优选下层快波方向一致的接近于台站所在地的欧亚绝对板块运动方向，反映出软流圈流动在这一地区深部各向异性结构形成过程中起着主导作用.而且，在其他裂谷区也发现有类似的双层结构，例如位于东非裂谷北段的台站的SKS波分裂测量表明^[43]，裂谷下方也存在双层结构，其中，上层快波偏振方向为WNW，可能由岩石圈中的岩脉形成，下层快波方向为NE，可能由软流圈北东向的地幔流动引起.根据以上认识推测，ULN台下方双层各向异性结构的形成与演化经历了两个阶段:一、在古生代-中生代时期，由于活动边缘长期的动力演化，蒙古岩石圈受NNE-SSW 向压力，沿大型走滑断层发生长期形变，形成优势方向为NE向的岩石圈结构；二、后期欧亚板块西北向运动，岩石圈与软流圈相互剪切产生形变，形成SE向的软流圈地幔优势结构.

稳定的西伯利亚克拉通岩石圈厚度达200km^[39]，而在克拉通南缘仅有60~70km^{[15, 37, 44]}.厚重的克拉通的阻挡作用，阻止了裂谷区洋中脊型地幔流动模式的形成，软流圈地幔以水平运动为主，基本不存在垂向流动^[44].TLY台的SKS深部200km穿透点图(图 9)显示，测得的快波方向存在围绕克拉通南缘的偏转，在东北方位，快波方向近似沿克拉通东南缘走向，在西北方位，快波方向接近于克拉通西南缘走向，克拉通南部流动台站的测量结果也存在类似趋势(图 1).由于台站下方的岩石圈厚度仅有60~70km, 而且地壳结构呈现各向同性，因此可以断定各向异性层主要位于软流圈以及岩石圈底部.结合软流圈简单流动模式推测，软流圈地幔很可能存在沿克拉通南缘根部的偏转流动，这与Barruol等^[16]使用流动台站数据得到的“地幔流动在克拉通西侧存在沿边缘偏转"结论一致.从演化历程看，由于赛扬-贝加尔岩石圈是由贴附在克拉通边缘的增生带发展而来，原始结构方向近似平行于克拉通边缘，并且由于厚重的克拉通的阻挡作用，后期可能发生的岩石圈重新冷凝也将形成类似的优势结构^[45]，即岩石圈与软流圈地幔的优势结构方向是一致的，因此共同贡献了较大的分裂时差，这也与罗艳等^[32]的结论相同.基于以上认识，可以对Gao等^[8]使用流动台站得到的SKS测量结果进行另一种解释.Gao等^[8]发现，裂谷脊部的快波方向平行于轴向，而在两侧近似正交于轴向，因此他认为裂谷下方存在洋中脊型的软流圈物质大规模上涌.根据本次研究结果，裂谷脊部接近于轴向的快波方向很可能是地幔围绕克拉通深部边缘流动的反映，而两侧NW-SE向的快波方向则指示着此处的欧亚绝对板块运动方向.

图 9

Fig. 9

图 9 ULN台(a)和TLY台(b)SKS波深部200km穿透点投影及对应的分裂测量结果 白色小圆圈代表深部200km穿透点投影，黑色棒表示SKS分裂测量结果，其方向表示快波方向，长度代表分裂时差大小；附图展示所用事件分布. Fig. 9 The 200 km-depth-breakthrough-point projection of phase SKS and the corresponding SKS splitting measurements The small white circle denotes the 200 km-depth-breakthrough-point projection.The small black bar denotes SKS splitting measurement, the orientation of which represents fast direction, and the length represents delay time.The top right attached map shows the distribution of events.

由于区域磁场影响或者传感器的错误放置，布台时可能会产生传感器极性偏差.另外，台站下方浅层结构的非均匀性也可导致水平分量极性偏差.由于此时SKS震相的偏振方向不在射线路径平面内，使用传统SC方法进行测量将得到错误的结果.因此，我们使用考虑台站极性偏转的全局法，对贝加尔裂谷区的固定台站进行SKS和PmS分裂测量，得到了贝加尔裂谷西南端与蒙古中部的深层各向异性结构.在ULN台，分裂参数随反方位角的π/2周期性变化预示了双层各向异性结构的存在，探讨其动力演化过程时发现，双层结构的上层为NE向的岩石圈原始结构，主要是由活动边缘动力演化引起的蒙古岩石圈长期形变，下层是由于欧亚板块运动形成的SE向的软流圈地幔结构.在TLY 台，SKS快波方向的横向分布特点表明，在克拉通南缘深部，地幔绕克拉通根部偏转流动，由于厚重的克拉通的阻挡作用，岩石圈与软流圈具有一致的优势结构方向，共同贡献了较大的分裂时差，软流圈及其对岩石圈底部的剪切作用是主要的各向异性源.综合分析贝加尔裂谷区地壳地幔优势结构的演化形成过程，我们认识到，刚性的克拉通在这一过程中具有决定性作用:一是在古生代-中生代时期作为活动边缘接受增生，最终形成贝加尔和蒙古岩石圈，决定了其优势结构方向平行于克拉通边缘，并在印欧碰撞后继续主导着岩石圈相似的形变方式；二是作为大厚度且刚性的阻挡体，在深部驱使地幔流动方向发生了绕克拉通根部的偏转.

感谢陈赟副研究员及三位匿名审稿人对本文提出的建设性意见.同时感谢IRIS为本文提供部分研究数据，对陈林博士后和兰海强博士提供的热心帮助表示诚挚的谢意!