近日，西南交通大学地球科学与工程学院胥鸿睿助理教授，中国地质大学（武汉）罗银河教授联合多家单位，在国际权威地学期刊Journal of Geophysical Research-Solid Earth（自然指数期刊，中科院TOP期刊）上发表了题为“Radial Anisotropy of the Crust and Uppermost Mantle Beneath the Central North China Craton From Joint Inversion of Surface Wave Dispersion Curves and Ellipticity: Implications for the Mechanisms of Differential Rifting and Uplift”的研究论文。该研究利用华北克拉通中部密集地震台阵数据，通过天然源面波成像技术获得了地壳和上地幔顶部三维高分辨率剪切波速度（Vs）和径向各向异性模型，揭示了该区域差异隆升与断陷的深部动力学机制。

华北克拉通是全球范围内典型的克拉通活化和岩石圈减薄案例，其东部在中生代晚期以来遭受强烈破坏，而中部地区作为稳定的鄂尔多斯地块和活化的东部地块之间的过渡带，经历了复杂的构造演化过程(图1a)。然而，关于中部地区山西断陷带的形成机制以及太行 - 吕梁山脉的隆升过程仍存在诸多争议，制约了对华北克拉通构造演化的深入理解。

图 1.（a）研究区的地质构造背景图；（b）本研究使用地震台站分布

为解决这些问题，研究团队收集了EOBSArray和ChinArray Phase III项目的地震数据（图1b），通过对三分量连续波形记录的一系列处理分析和质量控制，获得了高精度的Love波和Rayleigh波频散曲线以及H/V数据。利用贝叶斯-蒙特卡洛方法，首次联合反演上述不同类型的数据得到了地壳和上地幔顶部的三维高分辨率剪切波速度和径向各向异性模型。

研究结果表明，相较于传统面波频散反演，引入H/V联合反演显著提高了地壳径向各向异性模型的精度。在山西断陷带，大部分地区具有较厚（> 2 km）的沉积层且地壳呈现明显的正径向各向异性；而临汾和忻定盆地具有较薄（~ 1 km）的沉积层且表现为弱正或负的地壳径向各向异性（图2c, 3a）。结合研究区内大量前人的研究结果，本研究认为山西断陷带的形成经历了强烈的差异断陷过程。断陷带内大部分断陷盆地的形成受到了拉张应力的影响，而临汾和忻定盆地作为大地震危险区，则主要受区域剪切应力的影响。这一结果支持了山西断陷带的现今地壳结构及变形状态主要受控于边界断裂的右旋走滑运动，而非不同断陷盆地形成时间的差异。

在太行 - 吕梁山脉，研究发现地壳径向各向异性存在显著差异(图3a)。太行山脉地壳呈现明显的正径向各向异性，表明其在伸展环境下相对隆升，与相邻的渤海湾盆地新生代沉降有关；而吕梁山脉地壳呈现弱正或负的径向各向异性，暗示其在挤压环境下强烈隆升，且北部地区由于岩浆底侵作用进一步加剧了隆升幅度（图3c）。这一发现为太行 - 吕梁山脉的差异隆升机制提供了新的证据，支持了该区域自燕山期以来地壳缩短和变形主要集中在吕梁山脉的观点。

图2. 联合反演得到的研究区1 km深度的(a)Vsv与(b)Vsh切片以及(c)沉积层厚度分布.

图3.研究区(a)结晶地壳和(b)上地幔的径向各向异性为正的概率分布,(c)30 km深度存在低速层的概率分布.

该研究成果不仅为深入理解华北克拉通中部的构造演化提供了重要的地球物理依据，也为研究大陆内部克拉通的稳定性和变形机制提供了新的视角。研究得到了国家自然科学基金（42374057，41904059，42274061）、四川省自然科学基金（23NSFC3001）等项目的资助。

论文的第一作者为西南交通大学胥鸿睿助理教授，通讯作者为中国地质大学（武汉）罗银河教授，合作作者包括中国科学技术大学冯吉坤副教授，西南交通大学程天健助理教授、王虎副教授、甘保平助理教授，成都理工大学漆乔木副教授，河北地质大学孙石达副教授等。

相关论文信息：

Xu, H., Luo, Y, Cheng, T., Feng, J., Qi, Q., Wang, H., Gan, B., Liu, Z., and Sun, S. (2024). Radial Anisotropy of the Crust and Uppermost Mantle Beneath the Central North China Craton From Joint Inversion of Surface Wave Dispersion Curves and Ellipticity: Implications for the Mechanisms of Differential Rifting and Uplift. Journal of Geophysical Research: Solid Earth, 129(12), e2023JB028358. https://doi.org/10.1029/2023JB028358

Xu, H., Luo, Y, Yang, Y., Shen, W., Yin, X., Chen, G., Yang, X., Sun, S. (2020). Three-Dimensional Crustal Structures of the Shanxi Rift Constructed by Rayleigh Wave Dispersion Curves and Ellipticity: Implication for Sedimentation, Intraplate Volcanism, and Seismicity. Journal of Geophysical Research: Solid Earth, 125, e2020JB020146. https://doi.org/10.1029/2020JB020146

Xu, H., Luo, Y, Tang, C., Zhao, K., Xie, J., and Yang, X. (2018). Systemic Comparison of Seismometer Horizontal Orientations Based on Teleseismic Earthquakes and Ambient-Noise Data. Bulletin of the Seismological Society of America, 108(6), 3576-3589. https://doi.org/10.1785/0120180087