地震层析成像是探测地球内部结构直接有效的手段，随着全球地震观测数据数量和质量的快速发展，获得欧亚大陆地区更高精度的地震波速度及各向异性层析成像结果是探索构造带演化动力学和陆陆板块碰撞特征的必然要求。利用地震波路径集中于上地幔顶部的Pn波这一优势震相可以获得地幔顶部高分辨率的成像结果，然而传统Pn成像方法在壳幔结构复杂、莫霍面起伏较大的区域反演结果存在系统性误差。
中国科学院地球与行星物理重点实验室吕彦副研究员与合作者发展了适应于复杂壳幔结构的地震波速度与各向异性联合反演方法，并将该方法应用于欧亚大陆地区，获得了从欧洲东部到我国中西部地区上地幔顶部高精度Pn波速度及各向异性结构。研究显示，亚平宁半岛、伊朗高原、高加索、缅甸等区域与地表火山对应的地幔顶部低速结构揭示了与板块碰撞俯冲相关的地幔热物质上涌对岩石圈的影响；处于陆陆碰撞相对年轻阶段的伊朗高原地区，地幔热物质活动较青藏高原地区更为显著；亚得里亚微板块周边显著的Pn波各向异性结构，显示亚得里亚海东西两侧上地幔顶部存在强烈的挤压作用；青藏高原东构造结区域与地表运动一致的Pn波各向异性表明该区域存在壳幔耦合运动；云南地区26°N南北两侧的速度及各向异性结构差异，显示该南北两侧分别主要受到不同的地球动力学过程影响，北侧受青藏高原物质挤出作用控制，南侧受印度板块俯冲影响显著。
图1 研究区域地形
图2 研究区域地幔顶部Pn波速度结构
将该地震波速度与各向异性联合反演方法应用于地壳内传播的Pg震相，获得了伊朗北部Damavand火山以及Sahand-Sabalan火山地区地壳P波横向速度及各向异性结构。研究发现，火山地区地壳P波速度与地幔顶部Pn波速度结构具有显著对应关系，显示了地幔热物质上涌对火山区域地幔顶部和地壳结构的共同影响；Sahand-Sabalan火山区地壳速度结构表明，Sahand火山下方地壳内存在规模更大的岩浆物质存储。
图3 Damavand火山地区地壳P波速度与各向异性结构
新发展出的适应于复杂壳幔结构的联合成像方法，可以获得更准确的地球内部地震波速度与各向异性结构，并为研究板块碰撞过程、壳幔深浅部耦合特征等提供更为可靠的地震学依据。相关研究成果近期发表于国际著名地球物理期刊Journal of Geophysical Research: Solid Earth(Lü, Y., et al., 2017, Pn tomography with Moho depth correction from eastern Europe to western China, J. Geophys. Res. Solid Earth, 122, doi:10.1002/2016JB013052)及Science China Earth Sciences (Lü, Y., L. Chen, 2017, Upper crustal P-wave velocity structure beneath two volcanic areas in northern Iran, Sci. China Earth Sci., doi:10.1007/s11430-016-9005-7)。
原文链接：
Journal of Geophysical Research: Solid Earth (http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/2016JB013052/full)
Science China Earth Sciences (http://link.springer.com/article/10.1007/s11430-016-9005-7)