岩石圈底界(Lithosphere-Asthenosphere Boundary, LAB)是地球内部的一个主要间断面，而近年来越来越多研究显示在克拉通的岩石圈内部可能存在一个与岩石圈增生相关的间断面(Mid-lithosphere discontinuity, MLD)。精确厘定LAB的深度和讨论MLD的存在性特征，能为理解克拉通和造山带的演化提供重要依据。岩石圈结构探测的主要地震学方法S波接收函数(SRF)的传统处理流程中，常因人为设定参数而引入诸多不可控误差。迄今在避免人为干预条件下获取可靠SRF这一研究方向上，尚无一种全流程稳健且能被完整复现的通用策略。
针对SRF的提取问题，广州地球化学研究所的博士生张周和邓阳凡研究员提出了一种通用的估计策略——GC_SRF(图1)。该策略通过网格搜索(Grid searching)和相关性分析(Coherence)，可以精准确定SRF计算时的旋转角度和时窗长度两个主要参数，同时有效避免人为干扰的引入。通过对比分析，研究中选用30%的均方根误差(RMSE)比例对SRF进行有效质量控制。理论测试表明，该方法能从全波场理论地震图中恢复转换于LAB的微弱地震信号，进一步结合偏移成像等方法能够获得清晰的岩石圈几何形态。
图1 GC_SRF策略流程图
青藏高原东南缘的构造背景复杂(图2)，是研究青藏高原侧向生长和物质逃逸的关键地区。该区已有研究展现出显著争议，例如，川滇地区区域的岩石圈在面波层析成像结果中显示为高速异常区域，而在体波层析成像中却显示为低速异常，而体波衰减成像研究则表明四川盆地和川滇地区具有相同的低衰减特征。为探索青藏高原东南缘岩石圈的分块体特征，本研究基于GC_SRF对其LAB以及MLD的几何形态展开了精细成像。
图2 研究区地形与基本构造及地震台站分布图。带蓝线的白色三角形代表本研究中使用的59个固定台。黑色实线代表成像剖面A-A'的位置。深绿色的十字标志着100km处相应的Sp穿透点。红色线条为地质边界。灰色线条代表缝合带。黑色弧形虚线勾勒出二叠纪峨眉山大岩浆省的内、中、外带。TC: 腾冲火山。
利用GC_SRF可以在避免人为干预的前提下，最终获得与此前邻近区域一致的上地壳和岩石圈的不连续特征(图3)。结果显示四川盆地岩石圈厚度约为160km且在100km深度附近存在清晰的MLD，腾冲火山岩石圈厚度约为90km。四川盆地属于古老的克拉通区域，其岩石圈相对较厚，而腾冲火山下方由于存在热的地幔作用，其岩石圈相对较薄。值得注意的是，与四川盆地和腾冲火山相比，川滇地区下方的LAB却无法从成像结果中清晰分辨。本研究认为川滇地区下方无法清晰识别的LAB指示了地幔柱作用下岩石圈改造后的重新生长特征，也正是这一复杂过程造成该地区复杂的地震波速结构、低衰减和高电导率等地球物理异常。
该研究分别从理论数据测试与实测数据研究两个方面，共同论证了 GC_SRF策略的有效性。所提出策略可进一步被广泛应用于其他重点地区以获得岩石圈厚度信息，从而为理解岩石圈演化的动力学过程提供更多的地震学证据。
图3 (a)测线A-A’的共转换点(CCP)叠加结果和(b)叠后偏移成像结果图。图(a)中使用灰色虚线追踪了转换于LAB的深度震相SLp，图的顶部显示了每个叠加窗口(bin)中的SRF数量(实线)以及半窗宽度(虚线)。图(b)底部子图中的白色虚线表示LAB，(b)中的红色虚线表示可能的岩石圈中部不连续面(MLD)。CD: 川滇地区; SCB: 四川盆地; TC:腾冲火山。
该成果发表在国际知名SCI期刊Geochemistry, Geophysics, Geosystems上。本研究得到国家自然科学基金 (41874106, 42104103, 42021002，和中科院青促会(YIPA2018385)等项目资助。
论文信息：
Zhang, Z. (张周) & Deng, Y.*(邓阳凡) (2022), A generalized strategy from S‐wave receiver functions reveals distinct lateral variations of lithospheric thickness in southeastern Tibet. Geochemistry, Geophysics, Geosystems, 23, e2022GC010619, https://doi:10.1029/2022GC010619 .
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