俯冲板片倾向定量估计新方法及其在苏门答腊俯冲区的应用

【作者】 冯铭业； 陈凌； 韦生吉； 王新； 吴子木； 王旭；

【机构】 中国科学院地质与地球物理研究所； Nanyang Technological University；

【摘要】 俯冲板片结构和几何形态是推测俯冲区构造演化和动力学机制的重要依据。倾角和倾向是描述俯冲板片几何形态的重要参数,但以往研究主要关注俯冲倾角而缺乏对俯冲倾向的定量约束,限制了对俯冲板片几何形态的全面认识。本研究基于倾斜结构下P波接收函数Ps转换波反方位角变化特征,发展了通过余弦函数拟合和网格搜索定量估计俯冲板片倾向(即余弦函数相移角)的新方法。正演测试显示,在反方位角覆盖不完备、不均匀,数据中存在中高程度高斯噪声,地壳和地幔楔具典型各向异性等多种因素及其复合条件下,该方法仍具有较强适用性。相比于接收函数主成分分析,该方法具有较高的分辨率和稳定性。我们将该方法应用到位于印澳板块和欧亚板块汇聚板块边界前缘的苏门答腊地区。研究发现,弧前地区3个宽频带地震台站P波接收函数波形均显示出一组极性相反且随反方位角发生明显变化的震相。该组震相到时随反方位角变化相似,并符合余弦函数特征。倾向搜索结果显示,正震相余弦函数相移角为47?-55?,负震相34?-70?,与接收函数主成分分析结果吻合,并与海沟走向垂直。结合接收函数正演测试结果、两震相到时差观测,以及Slab2.0模型,推测该正、负极性震相分别为印澳俯冲板片大洋莫霍面和俯冲板片顶界面Ps转换波。倾向搜索结果说明,印澳大洋俯冲带莫霍面和顶界面几何形态近似但不完全一致,尤其是顶界面沿海沟方向的几何形态变化相较莫霍面更大。新发展的倾向搜索方法能够有效估计俯冲界面倾向,增进对俯冲板片几何形态的全面认识。该方法原理简单、稳定性较高,有望在全球俯冲板片几何形态研究中广泛应用,为板片变形和演化的三维动力学模拟提供参数约束。更多还原