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岩石圈是地球的刚性外壳,其结构和性质可以为研究地球的深部构造特征和动力学演化过程提供有效约束。中国东部处于全球三大构造域-特提斯、古亚洲和太平洋构造域的交叠部分,构造环境复杂,是研究大陆演化的理想场所。 中生代以来,受扬子-华北克拉通碰撞、(古)太平洋板块俯冲和印度-欧亚板块碰撞等构造事件的影响,中国东部经历了强烈的构造活化,并伴随着不同程度的岩石圈减薄和破坏。但是,中国东部岩石圈减薄和破坏的垂向范围和空间分布以及与周边块体相互作用的深部动力学过程等问题都一直存在争议,很大程度归因于有关岩石圈结构的地球物理学观测资料有限。地震学是探测地球深部结构最直接有效的手段。近些年来,中国东部地震台阵观测的发展和地震学研究方法的进步,为解决上述问题提供了新的契机。 2007年以来,在国家自然科学基金委“华北克拉通破坏”项目的支持下,国内科研单位在华北地区进行了大规模的流动地震台阵探测研究。2008年,国土资源部组织实施了“深部探测技术与实验研究”专项,在全国范围开展了多条流动地震台阵剖面观测。本文基于其中中国科学院地质与地球物理研究所、中国地震局布设的部分流动地震台阵和“国家数字测震台网数据备份中心”收录的国家固定台网的远震数据,采用最新提出的S波接收函数波动方程偏移方法,对华北克拉通中-西部、华南块体及其邻区岩石圈结构开展了成像研究,提取了岩石圈-软流圈界面(LAB)和部分地区岩石圈内部界面的深度分布信息。进一步通过与已有的多学科观测资料相结合,探讨了中国东部不同块体构造演化的差异性和相关的深部动力学过程。 对华北克拉通中-西部及其邻区的研究结果表明,该区域的岩石圈厚度变化范围大致在100km至170km以上,表现为强烈的横向非均匀性,与华北克拉通东部岩石圈显著减薄的特征(厚度~60-100km)明显不同。厚于140km的岩石圈主要分布于鄂尔多斯块体、华北中部造山带南部和秦岭造山带中部,薄于120km的岩石圈主要位于东秦岭造山带、东祁连造山带和鄂尔多斯东北部地区。此外,在鄂尔多斯块体内部纬度~37°N-38°N区域存在一条近东西向、宽约百公里的岩石圈减薄带(厚度~120km-140km),且在该条带南北两侧,表现出从浅表至整个岩石圈尺度的结构差异性。鄂尔多斯块体的南北差异性可能反映了古元古华北克拉通东西块体碰撞拼合之前的构造事件所造成的影响。华北中部造山带虽然经历了岩石圈的减薄,但在其南部依然保留了较厚的克拉通根(~160km)。该区域现今复杂的岩石圈结构可能是岩石圈自身结构不均匀性和后期构造事件共同作用的结果。秦岭造山带中部仍存在较厚的岩石圈(~150km),可能对青藏高原热的地幔物质沿秦岭造山带向东运移起到阻挡作用,使之在鄂尔多斯西南部发生转向,并进一步造成临近的祁连造山带东部岩石圈的减薄。华北克拉通中-西部及其邻区厚的岩石圈内部~80-110km深度处存在一个地震波速随深度下降的间断面,称为岩石圈内部间断面(MLD)。华北克拉通地区MLD的发现验证了全球范围内稳定克拉通地区岩石圈地幔的普遍分层性。研究区的MLD与克拉通东部以及周缘活动构造区薄岩石圈的LAB大致处于同一深度水平。这为前人提出的华北克拉通东部岩石圈减薄和破坏从底部和中间同时发生的模式提供了新的观测证据。此外,MLD深度与岩石圈厚度在鄂尔多斯块体内部呈正相关关系,而从鄂尔多斯块体到秦岭造山带中部却表现为负相关关系,可能反映了稳定克拉通和周边造山带岩石圈构造演化的差异性。 本文在华南块体和青藏高原东北缘的研究结果显示,研究区岩石圈结构复杂,不同构造单元之间差异显著,构造边界带附近小尺度变化强烈。150km以上的厚岩石圈主要位于南祁连造山带、秦岭造山带西部和四川盆地,不足120km的薄岩石圈主要分布于松潘-甘孜块体东部、川东褶皱带和华夏块体。雪峰山下方岩石圈厚度显著增加,且以雪峰山为界岩石圈结构和性质存在着显著的东西差异。结合其它地球物理观测得到的地壳-上地幔结构信息,提出:四川盆地还保留着厚而冷的克拉通岩石圈根,且岩石圈地幔具有结构分层特征;松潘-甘孜块体东缘岩石圈的减薄,可能与青藏高原下方东流的地幔物质受到刚性四川盆地的阻挡后,沿松潘-甘孜块体东部边缘顺时针转移有关;雪峰山可能是扬子克拉通与华夏块体在西南部的边界;雪峰山以东区域可能经历了岩石圈的减薄和改造,且华南岩石圈的减薄与华北相似,都主体发生在东部地区,造成现今南北重力梯度带两侧强烈的结构差异。