太行山與燕山交匯部位的地殼厚度與泊松比分布特征

齊剛， 陳棋福

1 中國地震局地球物理研究所， 北京 100081 2 中國科學院地球深部研究重點實驗室,中國科學院地質與地球物理研究所， 北京 100029 3 中國地震局第一監測中心， 天津 300180

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太行山與燕山交匯部位的地殼厚度與泊松比分布特征

齊剛1,2,3， 陳棋福2*

1 中國地震局地球物理研究所， 北京 100081 2 中國科學院地球深部研究重點實驗室,中國科學院地質與地球物理研究所， 北京 100029 3 中國地震局第一監測中心， 天津 300180

本文搜集了2001—2013年間在太行山與燕山構造帶交匯部位先后布設的4個寬頻帶流動地震臺陣和首都圈固定地震臺網共192個臺站記錄到的全球5.5級以上遠震事件波形資料，綜合采用接收函數H-κ和CCP疊加分析獲得了134個基巖臺站下方的地殼厚度和泊松比結果.綜合分析與前人研究相吻合但更加精細的地殼約束分布信息，發現研究區域的地殼厚度和泊松比在整體上呈現出從西北到東南方向漸變的特征，在南北重力梯度帶兩側及其附近呈現出明顯的小尺度地殼結構和物質組分的差異，且可明顯區分出太行山地區和燕山構造帶及盆山交界處的地殼厚度與泊松比的相對差異，這可能反映了這些地區在華北克拉通的構造演化過程中所經歷的不同地殼改造過程.

太行山與燕山； 接收函數； 地殼厚度； 泊松比； 華北克拉通

1 引言

太行山與燕山交匯部位位于顯生宙以來遭受破壞的華北克拉通(Wu et al., 2005；趙越等，2010；朱日祥等，2012)中東部.克拉通是地球最穩定的構造單元(Rudnick and Fountain, 1995)，然而華北克拉通應該具有的穩定性卻遭到破壞，破壞地區主要發生在太行山以東地區(朱日祥等，2012).華北克拉通的破壞既包括巖石圈地幔的整體性破壞以及地殼的強烈改造和減薄作用(主要是下地殼)，也包括巖石圈地幔物理化學性質的明顯改變(朱日祥等，2011).圍繞華北克拉通破壞的時間、范圍、機制和動力學等重要科學問題(吳福元等，2008；朱日祥等，2011)，自2007年國家自然科學基金委員會設立的《華北克拉通破壞》重大研究計劃以來，全面推開了對華北克拉通的地質、地球物理、地球化學綜合研究(朱日祥等，2012).朱日祥等(2012)概要評述了華北克拉通破壞的多學科綜合研究獲得的新認識，研究認為太行山地區與燕山周邊地區的破壞機制很可能不同.對燕山和太行山地區殼幔邊界結構的地震觀測結果(Zheng et al., 2008；陳凌等，2010a，2010b)，揭示了華北克拉通破壞過程中不同地區經歷了不同的巖漿作用和地殼改造過程(朱日祥等，2012).但因太行山與燕山及其附近的固定地震臺站仍顯稀疏，且流動地震臺站因布設位置所限(朱日祥等，2012，圖1)，所獲得的地殼厚度和泊松比結果(許衛衛和鄭天愉，2005；羅艷等，2008；王峻等，2009；葛粲等，2011)，難以精細探討太行山和燕山及其交匯部位地殼結構所攜帶的構造演化信息.

本研究利用我們2008—2013年分二期在太行山與燕山周圍加密布設的流動地震臺，以及首都圈數字臺網的固定臺和華北地震科學臺陣及“華北內部結構計劃”布設的流動地震臺陣共192個臺站的數據，采用接收函數方法獲得了太行山與燕山交匯部位精細的地殼厚度和泊松比分布圖像，為華北克拉通破壞一些核心問題的探討提供更精細的地震觀測依據.

2 資料及方法

2.1 臺站及事件分布

我們利用位于研究區域(39°N—42°N，113.5°E—117.5°E)中(圖1a)的固定和流動地震臺站(圖1b)所記錄到的遠震事件(圖1c)波形來進行P波接收函數反演.共分析處理192個地震臺的數據，其中包括首都圈數字地震臺網的28個固定臺站，以及我們在2008年11月至2010年7月和2010年10月至2013年3月分別布設的29個和19個寬頻帶流動地震臺、中國地震局地球物理研究所在2006年10月至2009年9月布設的華北地震科學臺陣96個寬頻帶流動地震臺、中國科學院地質與地球物理研究所“華北內部結構計劃”二期(NCISP Ⅱ)2001年8月至2003年6月布設的20個寬頻帶流動臺.這些臺站覆蓋了研究區域的大部分地區，分布均勻且密集.

研究所用的地震事件目錄通過美國地質調查局網站(http:∥earthquake.usgs.gov/earthquakes/search/)獲得，我們選取震中距在30°—90°范圍內，震級大于5.5級的遠震地震事件.由于所使用的5個臺陣的布設時間不同，因此需要分別選取不同時間段內的遠震事件，每個臺陣的記錄時間都在一年半以上，因此有足夠多的地震事件波形用于分析研究.這些地震事件位于研究區的不同方位角和震中距分布(圖1c)，相對覆蓋甚好，雖由于全球地震事件空間上的不均勻性，分布于東南方向的遠震事件較多.

圖1 研究區域、臺站及地震分布(a) 研究區域在華北克拉通中的位置，黑色實線為華北克拉通的輪廓，灰色實線為南北重力梯度帶，紅色虛線方框為本文研究區域； (b) 研究區域地形及臺站分布，WNCC、CNCC和ENCC分別代表華北克拉通西部、中部和東部，正方形代表固定臺站，三角形代表流動臺站，不同的顏色代表臺站來自不同的臺陣， 直線AA′和BB′為CCP疊加方法選擇的兩條剖面； (c) 遠震事件分布，中間的矩形代表研究區域，圓形代表遠震事件，顏色與臺陣的顏色相對應.Fig.1 Study area, stations and earthquake distribution(a) Location of the study area in the North China Craton. Black solid lines represent the outline of the North China Craton, grey line for the north-south gravity lineament and red dotted box for the study area in this paper；(b) Terrain and the distribution of stations. WNCC, CNCC and ENCC respectively represent the North China Craton in western, central and eastern. Squares represent the permanent stations, triangles represent temporary array stations, and different colors represent stations from different arrays. Black lines AA′ and BB′ are two typical profiles selected for CCP stacking；(c) Distribution of teleseismic events. Rectangle represents the study area; dots represent teleseismic events with the same colors of different arrays.

2.2 接收函數的提取

對于每一條事件記錄，首先截取P波理論到時前50s至后150s的波形，并進行去均值和去傾斜等預處理；然后利用無限脈沖響應帶通濾波器進行濾波來提高事件記錄的信噪比，為有效降低高頻噪聲的影響，又不至于因頻率過低而使得界面的分辨率不夠，我們對所有臺站采用頻率段0.005～1.0 Hz進行帶通濾波；接下來對濾波后的數據進行重采樣，采樣間隔為0.1 s；接著我們對于不同臺站記錄到的同一遠震事件，根據波形相關性從中剔除明顯錯誤的波形，利用篩選出的相關性較好、直達P波清晰的波形數據進行接收函數提取.提取時將兩個水平分量旋轉到徑向分量和切向分量后，用垂直分量分別對徑向和切向分量在時間域內進行反褶積的方法計算出接收函數.對于可能因儀器故障或地震計方向偏差(房立華和吳建平，2009；Niu and Li，2011)而引起切向接收函數存在較大的P波能量和連續震相現象的一些流動臺，設儀器記錄的N方向與實際地理北方向之間的夾角偏差φ，本文采用人工挑選的方法，將地震波形旋轉角度φ(以一度為單位)，使得切向P波的能量達到最小來挑選最優φ的解，進而得到校正后的接收函數.

2.3 接收函數的挑選

由于沉積盆地等場地條件、地下介質的高度復雜性、接收臺站處噪聲過大、儀器故障等原因，我們常常會得到一些質量不佳甚至錯誤的接收函數波形，因此我們需要對波形進行手動挑選.在保證波形正確的基礎上，挑選時主要遵循多數波形一致性的原則.挑選出的所有臺站的接收函數波形均用于CCP疊加，而其中Ps轉換波和多次波震相清晰的基巖臺站主要用于H-κ疊加搜索.經過挑選，134個基巖臺站的接收函數數量分布情況為：單臺可用的接收函數數量最少為15條，最多為373條，其中84%的臺站多于50條；而58個沉積盆地臺站的接收函數數量分布情況為：單臺可用的接收函數數量最少為21條，最多為355條，其中同樣有84%的臺站多于50條.這與不同臺陣記錄時間不同、臺站運行情況不同等有關.

2.4H-κ疊加搜索方法

在處理實際問題時，由于背景噪聲、地殼中不均勻體的散射和其他間斷面的轉換震相的存在，利用單個接收函數識別莫霍面產生的Ps震相以及其他多次波震相并標出到時是很困難的.因此通常會將一個臺站記錄到的多個地震的接收函數在時間域內進行疊加.本文用到了Zhu和Kanamori(2000)提出的H-κ搜索疊加方法.

H-κ搜索疊加方法是利用遠震P波接收函數中直達P波、Ps、PpPs及PpSs+PsPs震相來計算接收臺站下方莫霍面深度和泊松比絕對數值的方法.對于水平層狀介質，Ps轉換波及多次反射/轉換波相對于直達P波的到時差計算公式為(Zhu and Kanamori，2000)

(1)

(2)

(3)

其中，H表示地殼厚度，Vs為平均S波速度，κ為P波和S波的速度比，p為水平慢度.

定義函數：

S(H,κ)=ω1R(tPs)+ω2R(tPpPs)-ω3R(tPpSs+PsPs)，

(4)

其中，ωi(i=1,2,3)為三個震相的權重，且∑ωi=1.當H、κ對應真實的地殼厚度和速度比時，S(H,κ)達到最大值.該方法產生的誤差計算公式為(ZhuandKanamori，2000)

(5)

(6)

其中，σS為疊加函數的均方差，σH和σκ分別為H和κ的均方差.

然后，根據κ值與泊松比σ之間的關系式(Christensen, 1996)可以進一步計算出臺站下方地殼介質的泊松比，公式為

(7)

H-κ方法具有很多優點，它可以對大量的遠震波形進行方便的處理；沒有必要識別震相，提取到時；對不同震中距和方向的接收函數做疊加處理后，可以獲得一個平均的地殼厚度和波速比值.

2.5 CCP疊加方法

利用H-κ方法可以有效得到單個臺站下方的地殼厚度和泊松比信息，但臺與臺之間并不存在關聯性.為了更有效的利用密集臺站觀測資料對相鄰臺站的可能約束信息，并驗證H-κ分析結果的可靠性，本文還采用了Zhu(2000)提出的共轉換點(CCP)疊加方法進行資料處理.該方法可以增強有效信息，直觀地展示出莫霍面的深度變化形態.

具體做法是對某一條地震射線，將其時間域內的接收函數的每一振幅都看作某個深度的速度間斷面產生的轉換波，再利用研究區域的速度模型，對接收函數進行時深轉換.然后將某一范圍內的所有地震射線進行疊加，增強有效信號，減弱或者消除噪聲信號，以得到速度間斷面的成像結果.

3 結果及對比

3.1H-κ疊加搜索結果

H-κ疊加搜索計算中使用的P波速度參照人工測深結果選取為6.3 km·s-1，κ值搜索范圍選取為1.5～2.0.為了獲得最佳的搜索結果，地殼厚度搜索范圍根據臺站分布區域的情況，部分選取為25～45 km，部分選取為35～45 km.在處理實際數據的過程中，對于Ps、PpPs、PsPs+PpSs三個震相的權重，分別取(0.5、0.4、0.1)，(0.6、0.3、0.1)和(0.7、0.2、0.1)進行了計算，除5個臺站外，其余臺站三組不同權重所得到的地殼厚度結果偏差均在正負1 km范圍內，而波速比結果偏差均在正負0.025范圍內，與誤差范圍相當，可以忽略不計.對于偏差較大的5個臺站，檢查波形發現由于PpPs震相能量較弱，當其權重變小后，不能很好地識別這一震相，故本文統一以(0.5、0.4、0.1)的權重結果來進行分析討論.

圖2給出了來自4個不同臺陣的臺站接收函數波形和H-κ疊加搜索結果，其中A106和CHC臺架設于基巖上，而200和JTX臺架設于沉積層上.從圖中可以看出基巖上的臺站接收函數波形簡單，震相十分容易識別，H-κ搜索可以給出甚為準確的結果；而沉積層上方的臺站接收函數波形則甚為復雜，不容易給出較為可靠的H-κ搜索結果.對于淺部松散沉積(低S波速)的接收函數分析，有效減小松散沉積層對接收函數獲取可靠的地殼厚度已有些研究 (Li et al., 2014；Tao et al., 2014).但鑒于本研究重點關注的太行山和燕山地區受沉積盆地影響有限，故本文沒有采用有效獲取松散沉積層地殼厚度的接收函數提取方法.我們挑選出布設于基巖上方，接收函數波形質量優良的臺站用于H-κ疊加搜索.經過篩選后，最終得到了134個臺站的H-κ疊加搜索結果.

3.2 CCP疊加結果及與H-κ結果對比

本文CCP疊加方法采用的是三維疊加，用到的初始速度模型為iasp91模型(Kennett and Engdahl，1991).圖3示例給出了研究區域中臺站分布較密集的AA′和BB′兩條剖面的三維CCP疊加成像結果.將剖面上臺站的H-κ結果疊加到CCP結果圖上，可以看到在誤差范圍內用兩種方法得到的結果是一致的，這在一定程度上驗證了H-κ方法的可靠性.

3.3H-κ結果與其他研究結果的對比

對研究區的一些固定地震臺和流動臺，不同研究者(許衛衛和鄭天愉，2005；羅艷等，2008；王峻等，2009；武巖，2011；危自根和陳凌，2012)已利用H-κ方法得到了地殼厚度和泊松比的結果.將我們的H和κ結果作為橫坐標，有據可查的研究者的同一臺站結果為縱坐標作圖(圖4，5)，圖中同時畫出了結果相等的參考直線(斜率為1)和正負偏差2 km(H值)與0.05(κ值)的虛直線.從圖可見，我們的結果與已有的結果具有較好的一致性，地殼厚度偏差大于2 km和波速比偏差大于0.05的臺站都為17個(圖4和圖5)，占全部對比臺站的11.4%.

將我們應用H-κ方法得到的地殼厚度結果，利用曲面網格插值算法進行插值后得到的地殼厚度分布圖(圖6)與綜合利用交錯穿過研究區的多條地震測深資料得到的地殼厚度分布(王帥軍等，2005；嘉世旭等，2005)具有較好的一致性，與利用采樣間隔為2 km的布格重力異常數據以地震測深得到的平均地殼厚度及速度結構為約束反演得到的Moho面分布形態(姜文亮和張景發，2012)大體一致.

4 分析討論

4.1 地殼厚度分布

研究區的地殼厚度在31～43 km之間變化(圖6).整體上，研究區域地殼厚度從西北向東南方向逐漸變薄，在華北克拉通西部地區地殼厚度普遍大于40 km，東部地區小于35 km，而中部地區變化劇烈且橫向分布不均勻，在南北重力梯度帶兩側的地殼厚度差異明顯.在重力梯度帶附近也存在顯著不同的地殼厚度差異，百花山向斜(張長厚等，2006)附近明顯偏厚，與有較多6級以上地震活動記載(國家地震局震害防御司，1995)的延慶—懷來盆地一帶明顯不同.

我們得到的精細地殼厚度變化充分驗證了華北克拉通東西部和中部邊界帶在深部結構存在的顯著小尺度特征差異，這種結構差異可能與這些邊界帶的構造演化歷史、巖石圈性質以及華北克拉通破壞的空間差異性有關(陳凌等，2010b).

4.2 泊松比分布

利用(7)式將H-κ方法得到的臺站下方Vp/Vs

圖2 4個臺站的接收函數及H-κ疊加搜索(a)(c)(e)(g)分別為臺站A106、CHC、200和JTX的接收函數，按慢度排布；(b)(d)(f)(h)為相應臺站的H-κ疊加搜索結果，橢圓給出了誤差范圍，橢圓中心為最佳結果.Fig.2 Receiver functions and H-κ stacking results of 4 stations(a), (c), (e) and (g) are receiver functions of stations A106, CHC, 200 and JTX respectively, arranged by slowness；(b), (d), (f), and (h) are H-κ stacking results of the stations. Ellipses are ranges of errors, and centers are best results.

圖4 地殼厚度與前人結果對比橫縱坐標分別為本文和其他人通過H-κ方法得到的地殼厚度結果，粗黑線和虛線為斜率為1的參考線.Fig.4 Crust thickness compared with previous resultsHorizontal and vertical axes are crust thickness results of this paper and others, respectively, both through the H-κ method. Bold and dashed lines are reference lines with slope of 1.

圖5 波速比與前人結果對比橫縱坐標分別為本文和其他人通過H-κ方法得到的波速比結果，粗黑線和虛線為斜率為1的參考線.Fig.5 Vp/Vs ratio compared with previous results Horizontal axis and vertical axes represent Vp/Vs ratio results of this paper and others respectively through the H-κ method. Bold and dashed lines are reference lines with slope of 1.

圖6 地殼厚度和6級以上地震分布色標代表地殼厚度值，三角形和六邊形代表用于H-κ疊加的臺站，其形狀和顏色與圖8相對應，空心圓圈代表6級以上的歷史地震.Fig.6 Distribution of crustal thickness and historical earthquakes with magnitudes greater than 6 Color bar on right denotes crustal thickness values. Triangles and hexagons represent stations using H-κ method, and their shapes and colors are corresponding to symbols in Fig.8. Circles represent historical earthquakes with magnitudes greater than 6.

圖7 泊松比和6級以上地震分布色標代表泊松比值，三角形和六邊形代表用于H-κ疊加的臺站，其形狀和顏色與圖8相對應，空心圓圈代表6級以上的歷史地震.Fig.7 Distribution of Poisson′s ratio and historical earthquakes with magnitudes greater than 6 Color bar represents Poisson′s ratio values. Triangles and hexagons represent stations using H-κ method, and their shapes and colors are corresponding to symbols in Fig.8. Circles represent historical earthquakes with magnitudes greater than 6.

波速比計算出泊松比后，同樣利用曲面網格插值算法得到泊松比分布圖(圖7).圖7給出的是研究區域整個地殼的平均泊松比值，由于我們選取的全部臺站都位于基巖之上，接收函數波形良好，故地表疏松沉積物對整個地殼泊松比的影響可以忽略不計.

研究區地殼的平均泊松比σ在0.22～0.33之間變化.在整體上呈現出從西北向東南方向逐漸增大的特點，橫向分布很不均勻，在南北重力梯度帶兩側的差異也十分明顯.南北重力梯度帶西側的泊松比幾乎都低于0.28，重力梯度帶東側的華北平原和延慶—懷來盆地與泊松比高于0.28的區域在位置上有很好的對應關系，此外淶源東偏北一帶山區也出現了泊松比高于0.28的區域，其位置與王安鎮巖體和大河南巖體有較好的對應關系，這些巖體中中生代巖漿巖類型主要包括基性巖類、中酸性巖類和淡色花崗巖類三大類(陳斌等，2002).其余山區部分泊松比均低于0.28.由圖7可見，泊松比較高的華北平原和延慶—懷來盆地的6級以上地震活動相當活躍，但在淶源東偏北一帶卻無6級以上地震活動記載(國家地震局震害防御司，1995)，而在南北重力梯度帶西側泊松比相對較低的太行山構造帶上則有著6級以上地震活動的記載.依照嵇少丞等(2009)對華北克拉通地殼泊松比與地殼物質組成及部分熔融和破碎帶或斷裂帶的解釋，分析表明太行山—燕山構造帶交匯部位的地殼物質組分相當不均勻，可能存在著明顯的區域差異.

4.3 地殼厚度和泊松比的關系

參照嵇少丞等(2009)作地殼厚度-泊松比關系圖(圖8)，同樣發現研究區域的地殼厚度和泊松比存在明顯的反相關的變化趨勢，即泊松比隨地殼厚度增加反向緩慢減小的趨勢.對照圖6和圖7的臺站分布，我們發現可將這些數據歸分為相對集中的兩組，圖8上方灰色的第一組數據大都分布于太行山地區，下方白色的第二組數據則主要分布于盆山交界處和燕山構造帶(圖6和圖7).

圖8與嵇少丞等(2009)利用許衛衛和鄭天愉(2005)的H-κ結果開展的分析有所不同，尤其是下方第二組數據的趨勢線，嵇少丞等(2009)的結果為上凸的迅速減小，而我們的結果則近乎線性的緩慢減小.這與這組數據所處的盆山交界處與侏羅紀和白堊紀的花崗巖出露區(吳福元等，2007)對應較好，花崗巖中較富含的鎂鐵質成分會導致泊松比高值，而極可能存在下地殼和巖石圈拆沉作用的燕山地區(朱日祥等，2012)的泊松比減少趨勢與嵇少丞等(2009)給出的下地殼拆沉模式是一致的.圖8中位于太行山構造帶的第一組數據，其泊松比隨地殼厚度增加而逐漸減小的趨勢，則可能與中生代華北東部(南北重力梯度帶以東地區)曾發生過大規模的巖漿底侵作用(翟明國等，2005)及重力梯度帶西部可能存在不同程度的巖漿底侵作用(如陽原和大同，馬金龍和徐義剛，2004)相關，而北京西山和延慶—懷來盆地的晚中生代逆沖構造變形(張長厚等，2006)可能導致中上地殼較為破碎，不同程度的巖漿底侵作用和構造變形造成了泊松比隨地殼厚度增加而趨勢性減小.

圖8 地殼厚度與泊松比關系橫坐標為地殼厚度，縱坐標為泊松比，顏色用以區分兩種不同的趨勢，形狀用以區分不同的地殼厚度范圍，曲線分別為兩種趨勢的多項式擬合結果.Fig.8 Relationship between crustal thickness and Poisson′s ratio Horizontal and vertical axes represent crustal thickness and Poisson′s ratio, respectively. Colors are used to distinguish two different trends; shapes are used to distinguish different crustal thickness ranges and curves represent polynomial fitting results of two trends respectively.

5 結論

本文收集了研究區內2001年至2013年先后布設的4個流動地震臺陣和首都圈固定地震臺網的觀測波形，通過接收函數H-κ和CCP疊加分析得到了太行山與燕山構造帶交匯區域共134個基巖臺站下方的地殼厚度和泊松比結果.地殼厚度和泊松比是反映地殼結構特征以及地殼物理化學性質的重要參數，如果假設華北克拉通在形成并穩定后具有較為均勻的地殼厚度和泊松比，那么我們得到的與前人研究相吻合但更加精細的地殼厚度和泊松比分布信息，可以為顯生宙以來克拉通破壞的空間分布和成因機制等提供更為可靠的觀測約束.綜合分析得到以下結論：

(1) 研究區的地殼厚度在31～43 km之間變化，整體上從西北向東南方向逐漸變薄，在南北重力梯度帶兩側及其附近存在明顯的小尺度起伏變化，這可能反映了這些地區在華北克拉通破壞過程中所經歷的不同地殼改造過程.

(2) 研究區地殼的平均泊松比在0.22～0.33之間變化，空間分布很不均勻.南北重力梯度帶東西兩側的泊松比差異明顯，現今地震構造活躍的華北平原和延慶—懷來盆地與泊松比高值區有著很好的一致性，這表明研究區的地殼物質組分可能存在著明顯的區域差異.

(3) 綜合分析泊松比和地殼厚度的區域分布及其相互關系，發現太行山地區和燕山構造帶及盆山交界處地殼厚度與泊松比可明顯歸分為相對聚集的2組，2組泊松比雖都隨地殼厚度增加呈線性緩慢減小，但可能反映了所在部位的構造特征差異與可能的下地殼拆沉作用和(或)不同程度的巖漿底侵作用的響應結果.

致謝 感謝中國地震局地球物理研究所“地震科學探測臺陣數據中心”和中國科學院地質與地球物理研究所“華北內部結構計劃”為本研究提供地震波形數據，感謝中國地震局地震預測研究所和河北省地震局在對北京周圍和太行山構造帶加密布設流動地震觀測臺的支持，感謝朱露培教授提供的接收函數分析處理程序，尤其感謝鄭天愉老師和陳凌研究員對本研究結果解釋的幫助，同時感謝審稿專家對完善本文的修改建議.

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(本文編輯 張正峰)

Distribution of the crustal thickness and Poisson′s ratio beneath the junction of the Taihangshan and the Yanshan tectonic belts

QI Gang1, 2, 3, CHEN Qi-Fu2*

1InstituteofGeophysics,ChinaEarthquakeAdministration,Beijing100081,China2KeyLaboratoryoftheEarth'sDeepInterior,InstituteofGeologyandGeophysics,ChineseAcademyofSciences,Beijing100029,China3FirstCrustMonitoringandApplicationCenter，CEA，Tianjin300180，China

The information related to the formation and evolution of the North China Craton recorded in its crustal structure has great importance to the study of the North China Craton′s destruction. In recent years, the receiver function method has been widely used to study of crust and upper mantle structure, to obtain more accurate crustal thickness and Poisson′s ratio of the North China area. However, due to the sparseness of permanent seismic stations and the limited distribution of portable seismic stations around the Taihangshan and Yanshan tectonic belts, the published results are not good enough to constraint the tectonic evolution of the junction between the Taihangshan and Yanshan tectonic belts.We used the receiver functions ofH-κand CCP stacking methods to determine the crustal thickness and average Poisson′s ratio beneath seismic stations. To overcome the possible problem in station sensor orientation, we visually examined the two horizontal components to estimate the north component azimuth of each station. Then we rotated the two horizontal components of the 3-component seismograms into the radial and transverse components. The receiver functions were derived by deconvolution of the radial component of ground motion from the vertical component, which segregates the PS phases.We collect waveforms of worldwide teleseismic events with magnitudes greater than 5.5 recorded by 192 seismic stations from the Beijing Digital Seismic Network (BDTSN) and 4 temporary broadband seismic arrays deployed in the junction of the Taihangshan and the Yanshan tectonic belts during different periods of 2001—2013. Using the receiver functions ofH-κand CCP stacking methods, we calculated the crustal thickness and average Poisson′s ratio beneath 134 stations constructed on bedrocks. The comparison of our results of theH-κand CCP stacking methods shows that our results are self-consistent and in conformity with the previous studies, which means reliable.Comprehensively analyzing the fine crustal constraints distribution information in this study leads to the following conclusions. (1) The crustal thickness of the study area gradually decreases from northwest to southeast overall; there is a distinct small-scale differentiation on both sides of the north-south gravity gradient lineament (NSGL) and adjacent regions. (2)The spatial distribution of average Poisson′s ratio in this region is quite nonuniform. There is significant difference on both sides of the NSGL, which indicates the crustal material compositions have obvious regional difference. (3) Strong earthquakes are closely related to the spatial differentiation of the Poisson′s ratio and the difference of crustal medium properties and middle-upper crustal structure. (4) The crustal thickness and Poisson′s ratio can be divided into 2 relatively aggregated groups. Though they decrease linearly with the increase of crustal thickness slowly, they may reflect that those areas experienced distinct processes of crustal modification in the tectonic evolution process of the North China Craton.

The Taihangshan and the Yanshan tectonic belt；Receiver functions；Crust thickness；Poisson′s ratio；North China Craton

10.6038/cjg20150919.

Qi G, Chen Q F. 2015. Distribution of the crustal thickness and Poisson′s ratio beneath the junction of the Taihangshan and the Yanshan tectonic belts.ChineseJ.Geophys. (in Chinese),58(9):3239-3250,doi:10.6038/cjg20150919.

10.6038/cjg20150919

P315

2014-05-12，2015-06-06收修定稿

國家自然科學基金項目(41074038，91014006)資助.

齊剛，男，1988年生，在讀碩士研究生，主要從事接收函數研究.E-mail:qigang@pku.edu.cn

*通訊作者 陳棋福，研究員，主要從事數字地震學研究.E-mail:chenqf@mail.iggcas.ac.cn

齊剛，陳棋福.2015.太行山與燕山交匯部位的地殼厚度與泊松比分布特征.地球物理學報，58(9):3239-3250,