1 研究背景

中国东北地区位于西太平洋板块俯冲带弧后区域，受俯冲作用影响明显，同时其内部存在多个微陆块的相互作用，具有复杂的岩石圈结构和深部地学特征。通过整合近年来区域历史近震及全球远震资料，对该区开展深部地震各向异性研究，尤其是具有更好纵向分辨能力的P波各向异性研究，将有利于进一步解答该区岩石圈变形、深部地幔动力学过程，以及板内火山成因等关键地球科学问题。

2 研究方法及内容 2.1 径向各向异性走时成像方法简介

基于介质弱各向异性假定，对地球内部三维各向异性的求解可以简化为具有一条对称轴的情况。进一步地，当对称轴水平时，体波射线速度随方位角的变化而变化，称为方位各向异性；当对称轴铅直时，波速随入射角的变化而变化，称之为径向各向异性。基于前人研究，考虑径向各向异性后的走时残差方程（Wang et al，2013）可表示为

$ T_{i j}^{\mathrm{obs}}-T_{i j}^{\mathrm{cal}}=\left(\frac{\partial T}{\partial \varphi}\right)_{i j} \Delta \varphi_j+\left(\frac{\partial T}{\partial \lambda}\right)_{i j} \Delta \lambda_j+\left(\frac{\partial T}{\partial h}\right)_{i j} \Delta h_j+\Delta T_j+\sum\limits_k\left(\frac{\partial T}{\partial V_k} \Delta V_k+\frac{\partial T}{\partial M_k} \Delta M_k\right)+E_{i j} $

(1)

式中，T_ij^cal表示正演计算的理论走时；φ_j、λ_j、h_j、T_j分别为地震j的纬度、经度、震源深度和发震时刻；V_k为各向同性部分的速度；M_k为各向异性参量。各向异性幅度定义为

$ \beta=\frac{V_{\mathrm{PH}}-V_{\mathrm{PV}}}{2 V_0}=\frac{M}{1-M^2} $

(2)

式中，V_PH表示横向上的速度，V_PV表示纵向上的速度。若β＞0，则代表地震波横向传播速度大于纵向速度，反之，β＜0，则纵向速度大于横向速度。

采用阻尼最小二乘法对式（1）进行求解，即可获得区域3D径向各向异性分布。

2.2 数据资料

本研究同时使用了区域历史近震和远震2套数据集进行反演成像。近震的P、S波到时资料来源于中国地震数据中心（CEDC）和NECESSArray，记录时段为2008—2020年，共计4 619个事件68 330条射线。远震资料方面，利用NECESSArray流动台阵2009—2011年记录的全球远震事件波形垂直分量，手工提取P波到时，采用多道互相关计算得到相对走时残差，共计153个事件9 582条相对P波走时资料。

3 研究结果

研究区反演结果如图 1所示。

由图 1可见，松辽盆地下方，岩石圈层（40—120 km）存在显著的负径向各向异性，软流圈至地幔转换带（320—720 km）则表现为正径向各向异性，推测在盆地下方40—120 km层发现的显著负径向各向异性可能反映了地幔岩石圈的垂向变形，与区域构造应力控制下的岩石圈减薄或拆沉有关。软流圈至地幔转换带中的正径向各向异性则表明，深部的地幔物质运动以横向为主，与太平洋板块的深俯冲及水平滞留有关。长白山火山区下方，整个上地幔区域表现为负的径向各向异性，同时存在显著低速异常，向东南倾斜一直延伸至深源地震源区。结合前人研究（Zhao et al，2013；Jia et al，2022），推断这些负的径向各向异性反映了沿垂向上涌的湿热地幔流、深源地震及板块弯折引起的脱水反应，导致了上覆地幔楔内物质部分熔融并上涌，最终引起火山活动。

4 结束语

本研究通过整合中国东北地区近震与远震资料，获得了该区上地幔范围的三维P波径向各向异性结果。研究成果揭示了东北地区复杂的岩石圈变形与深部地幔动力学过程，进一步解答了该区岩石圈减薄与板内火山成因等科学问题。