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基于接收函数方法的福建地区地壳与上地幔结构特征解析

一、引言

1.1研究背景与意义

地球深部结构研究在地球科学领域占据着至关重要的地位，是了解地球内部物理性质、演化历程以及动力学过程的关键途径。地球内部宛如一个巨大且复杂的“黑箱”，蕴含着无数关于地球起源、发展和未来变化的奥秘。地壳和上地幔作为地球内部结构的重要组成部分，其结构特征对于解释诸多地质现象、理解地球演化历史以及评估地质灾害风险等方面都具有不可或缺的作用。例如，地壳厚度的变化与山脉的形成、盆地的演化密切相关；上地幔的物质组成和流动状态则对板块运动、火山活动等起着决定性的影响。

接收函数方法作为研究地球深部结构的重要手段之一，在揭示地壳与上地幔结构特征方面展现出独特的优势。该方法主要基于地震学原理，通过对远震P波波形数据的处理和分析，获取地球内部不同深度界面的信息。当远震P波传播至地球内部时，会在不同波阻抗界面发生反射、折射和转换等现象，接收函数正是对这些复杂波场信息的有效提取和刻画。通过对接收函数的深入研究，可以精确反演地壳厚度、上地幔速度结构、壳内泊松比以及各界面的起伏形态等关键参数，为地球深部结构模型的构建提供详实的数据支持。

福建地区地处中国东南沿海，特殊的地理位置使其在地球内部研究中具有不可替代的关键地位。从地质构造角度来看，福建地区位于欧亚板块与菲律宾板块的相互作用地带，受到板块俯冲、碰撞等强烈构造运动的影响，区内地质构造极为复杂，地壳厚度变化显著，上地幔物质流动活跃。这种复杂的地质背景使得福建地区成为研究板块相互作用、地壳演化以及深部动力学过程的天然实验室。例如，在过去的地质历史时期，菲律宾板块向欧亚板块的俯冲作用导致福建地区地壳发生强烈变形和隆升，形成了现今复杂多样的地形地貌和地质构造格局。

本研究聚焦福建地区，利用接收函数方法深入探究其地壳与上地幔结构特征，具有多方面的重要价值。在区域地质认知方面，有助于深入了解福建地区地质构造的形成机制和演化历史，进一步完善对该地区地质背景的认识。通过精确确定地壳厚度和上地幔速度结构的空间分布，能够为研究区域内的山脉隆升、盆地沉降等地质过程提供深部结构约束，揭示板块相互作用在该地区留下的深部构造印记。在灾害防治领域，福建地区地处东南沿海，地震、海啸等地质灾害频发，深入了解地壳与上地幔结构特征对于准确评估地质灾害风险、提高灾害预警能力具有重要意义。地壳结构的不均匀性和上地幔物质的异常分布往往与地震的孕育和发生密切相关，通过本研究获取的深部结构信息，可以为地震活动规律的研究提供重要依据，有助于制定更加科学有效的灾害防治策略，保障当地人民的生命财产安全。

1.2国内外研究现状

接收函数方法自提出以来，在国内外地球深部结构研究领域得到了广泛应用和深入发展。在国外，早期研究主要集中在理论方法的探索与完善，众多学者致力于接收函数的计算方法、反演算法以及对不同地质构造区域的适用性研究。例如，Langston在1977年首次提出利用远震P波波形反褶积获取接收函数的方法，为后续研究奠定了基础。随后，许多学者对反褶积算法进行改进，以提高接收函数的分辨率和准确性，如最大熵谱反褶积方法的应用，有效增强了对弱震相的识别能力。

在实际应用方面，国外利用接收函数方法对全球多个典型地质构造区域进行了深入研究。在板块边界地区，通过对接收函数的分析，精确揭示了板块俯冲带的深部结构特征，包括俯冲板块的几何形态、俯冲角度以及地壳与上地幔之间的相互作用关系。研究发现，在一些俯冲带地区，地壳厚度变化显著，上地幔存在明显的低速异常区域，这与板块俯冲过程中物质的运移和变形密切相关。在大陆内部的克拉通地区，接收函数研究揭示了其古老稳定地壳的厚度、速度结构以及壳内分层特征，为理解克拉通的演化历史提供了重要依据。例如，对北美克拉通的研究表明，其地壳厚度相对稳定，壳内结构呈现明显的分层性，且上地幔顶部速度较高，反映了克拉通地区长期稳定的地质演化过程。

国内接收函数研究起步相对较晚，但发展迅速。早期主要是引进和借鉴国外的先进理论与技术，开展一些区域性的初步研究工作。随着国内地震观测台网的不断完善和加密，为接收函数研究提供了丰富的数据资源，国内学者在该领域取得了一系列重要成果。在华北地区，众多研究利用接收函数方法详细探究了地壳上地幔速度结构及其与地质构造演化的关系。研究发现，华北地区地壳厚度在空间上存在明显变化，在燕山造山带和华北克拉通的交界处，地壳明显变薄，同时伴随着地幔物质的上升，这与该地区复杂的构造运动和岩石圈演化密切相关；而在张北凹陷地区则存在较明显的地壳增厚现象，可能与区域构造应力作用和深部物质的堆积有关。在东北地区，通过接收函数研究揭示了该地区地壳厚度、壳内泊松比以及上地幔间断面的起伏特征，为探讨太平洋板块俯冲形态以及长白山火山的起源提