越南北部及南海北部位于特提斯-喜马拉雅构造域与西太平洋构造域的交汇处，地球动力学及地质构造背景复杂，海南地幔柱以及南海打开机制等一直以来都是学术界研究的热点。近日，中国科学技术大学姚华建教授课题组利用背景噪声成像方法对越南及南海北部的地壳结构开展地震波速层析成像研究，获得了该区域高分辨率的三维地壳上地幔顶部横波速度结构模型，并着重讨论了越南北部以及南海北部地幔上涌和板块拼合等构造特征。本研究以“Crustal footprint of mantle upwelling and plate amalgamation revealed by ambient noise tomography in northern Vietnam and the northern South China Sea”为题，发表于国际著名地球物理学期刊Journal of Geophysical Research: Solid Earth。第一单位为中国科学技术大学地球和空间科学学院地震与地球内部物理实验室，通讯作者为姚华建教授，第一作者为姚华建教授课题组的博士生杨旋，合作作者为台湾地球科学研究所的黄柏寿研究员。
以往的地震成像研究大多局限于中国西南部或越南北部，而华南与越南构造之间的关系尚不清楚，地幔热柱或上地幔物质的上涌对南海北部及其周缘区域地壳结构的影响还缺乏研究，印度板块的俯冲后撤对南海北部的影响也尚不清楚。本次研究利用越南北部，海南，云南，以及广西省较为密集的固定及流动地震台阵的背景噪声数据，采用三维面波直接成像方法获得了越南北部及南海北部较高分辨率的三维地壳及上地幔顶部横波速度结构模型（图1）。成像结果显示，在地壳浅部，北部湾盆地和莺歌海盆地表现出明显的低速特征，而越南北部、钦州、南宁和海南岛表现出明显的高速特征。红河断裂带两侧从中地壳到下地壳存在明显的横波速度差异。莺歌海盆地在下地壳和上地幔顶部存在明显的低速异常，雷琼区域下方莫霍面附近具有明显的高速隆起特征。该地壳横波速度模型揭示了南海北部较为精细的结构异常体特征，为研究该区域岩石圈结构和动力学演化提供了重要的地震学参考模型。
图 1. 横波速度模型在不同深度的水平切面。灰色实线显示研究区断裂构造。RRF-红河断裂，SDF-Song Da断裂，SMF-Song Ma断裂。灰色虚线显示扬子块体(YB)和华夏块体(CB)可能的地理缝合线。黑色虚线表示华南块体（SCB）和印支块体(ICB)之间的边界。黑线表示国家边界和海岸线。黄色和红色三角形分别代表更新世和全新世火山的位置。
红河断裂带两侧的横波速度差异可能与华南地块与印支地块的碰撞拼合有关，成像结果同时为扬子地块与华夏地块碰撞拼合提供了直接的地震学证据。莺歌海盆地的下地壳和上地幔顶部的低速异常可能是由于东向俯冲的印度板块后撤导致的上地幔热物质上涌所引起的，而在雷州半岛下方观测到的中下地壳高速隆起特征很可能代表了海南古地幔柱引起的岩浆底侵冷却后的地壳遗迹（图2）。
图 2. 雷州半岛与莺歌海盆地区域地壳上地幔顶部速度结构及深部动力学背景示意图。颜色条表示横波波速度(单位为km/s)。
本研究得到了中国科学院战略性先导研究计划(Grant No. XDB 41000000)和中国地震科学实验场地项目(2018CSES0101)的支持，以及中国科学院比较行星学卓越创新中心和蒙城地球物理国家野外科学观测研究站的支持。
参考文献
Yang, X., Yao, H., & Huang, B.S. (2021). Crustal footprint of mantle upwelling and plate amalgamation revealed by ambient noise tomography in northern Vietnam and the northern South China Sea. Journal of Geophysical Research: Solid Earth, 126, e2020JB020593. https://doi.org/10.1029/2020JB020593