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华北克拉通东北部地区位于西太平洋俯冲带附近,该地区的浅层构造演化与深部地球动力学过程都受到太平洋俯冲板块的影响。大量地震学研究指出,中国东北和华北克拉通东北部地区的地幔转换带存在停滞的太平洋俯冲板块,但是对于其具体形态及其对该地区浅层与深部地球动力学过程的影响还有较大争议。本研究利用“华北克拉通破坏重大研究计划”在华北东北边界及其附近区域的一条宽频带流动地震台阵的观测记录,采用接收函数波动方程叠后偏移方法,获得了该地区的地壳和地幔转换带间断面结构图像。结果显示研究区域的地壳厚度存在显著的横向变化:以南北重力梯度带为界,西北部的兴蒙造山带地壳较厚(~40km),东南部的燕山带、下辽河盆地和辽东台隆地壳明显较薄(30~35km)。这有可能反映研究区南北重力梯度带两侧地壳在中-新生代区域构造伸展过程中经历了不同程度的改造和减薄。同时,研究区410-km和660-km间断面结构存在横向差异。经度122.5°以东的北黄海地区,410-km间断面有5~20km幅度的下沉,660-km间断面有5~15km幅度的抬升;该地区地幔转换带厚度相对全球平均偏薄10~20km,指示着该地区较热的上地幔底部温度环境。在北黄海以西119°~122°经度范围,地幔转换带厚度略高于全球平均,121°~122°之间,上地幔底部还出现双重界面,表明这一区域温度相对较低;经度118°以西,410-和660-km间断面结构及地幔转换带厚度基本正常。我们认为太平洋俯冲板块可能停滞在研究区119°~122°经度范围的地幔转换带中,但未延伸至118°以西;而俯冲板块在经度124°以东可能局部穿透了上地幔底部而进入下地幔,同时引起小尺度的地幔对流,导致北黄海地区下地幔物质的上涌。本文结果为进一步研究太平洋板块俯冲动力学及其与上覆华北和东北大陆岩石圈的相互作用提供了深部观测依据。
本论文分为五章:第一章为前言部分,介绍地幔转换带的研究意义以及华北克拉通破坏与太平洋板块俯冲的构造背景;第二章对P波接收函数的研究方法进行系统的阐述;第三章主要介绍本文研究的资料来源、数据的预处理过程以及通过接收函数波动方程叠后偏移方法获得的华北东北部及其邻区地壳和地幔转换带间断面结构图像,并在此基础上,进一步讨论西北太平洋俯冲板块在研究区域之下的地球深部动力学作用;最后一章为论文总结。