太平洋板塊的西向俯沖導致了華北克拉通的破壞，特別是新生代以來，華北克拉通巖石圈經歷了明顯的改造，地表發生了一系列的盆山作用和火山活動（圖1）。其中，大同火山的深部物質來源及其形成機制仍然存在諸多爭論。前人的研究結果表明，俯沖的太平洋板片停滯于華北克拉通東部的地幔轉換帶之中，因其脫水而形成的地幔對流是上覆巖石圈破壞和深部地幔動力學環境改變的主要因素。然而，該停滯板片是否對華北克拉通西部和中部造山帶的地幔巖石圈產生影響仍然存在爭議。地幔轉換帶是以兩個全球性的410km和660km不連續面為界的區域，這兩個界面的起伏和地幔轉換帶厚度的變化暗示著不同的地幔熱環境和組份異常。通過對地幔轉換帶結構的研究可以幫助我們更好地理解上地幔的地球力學過程，從而認識巖石圈的構造變形和火山的形成機制。

中國地震局地球物理研究所徐小明研究員團隊收集了中國地震科學臺陣848個臺站的遠震波形數據（圖1），利用頻域反褶積方法提取了高質量的接收函數109654條。根據IASP91模型計算了所有接收函數的射線路徑和走時，并基于已有的三維地殼和上地幔結構模型，進行了接收函數走時校正。最后，采用共轉換點疊加技術（CCP）獲取了華北克拉通西部和中部造山帶下方410km和660km間斷面的地形分布（圖2）。

圖1 研究區地震臺站分布和主要構造單元

其中，左上小圖為華北克拉通和太平洋板塊俯沖的構造背景。PP：太平洋板塊；PHSP：菲律賓板塊；ENCC：華北克拉通東部；TNCO：華北克拉通中部造山帶；WNCC：華北克拉通西部；CAOB：中亞造山帶；SGT：松潘-甘孜地體；SB：四川盆地；藍色方框為研究區位置。左下小圖為本研究所使用的地震事件分布。

研究結果表明華北克拉西部和中部造山帶下方410km和660km不連續面地形起伏具有明顯的橫向不均勻性。大同火山至陰山地區下方的410km間斷面下陷深度達10km，這揭示了該區域熱的地幔環境。結合前人的研究結果，推測大同火山的巖漿物質來源可能成因于源自地幔轉換帶的地幔物質上涌。在阿巴嘎和達里諾爾火山地區，410km間斷面存在約10km的隆生，而地幔轉換帶厚度約有15km的增厚。這些異?？赡芘c該區域存在巖石圈拆沉并下沉至地幔轉換帶有關。另外，在鄂爾多斯塊體及其西南側地區的410km和660km間斷面以及地幔轉換帶厚度幾乎接近于全球平均值，表明該區域原始的地幔轉換帶結構得到了很好的維持，從而保持了其上方鄂爾多斯塊體的克拉通巖石圈屬性。本研究認為華北克拉通西部和中部造山帶地幔轉換帶的局部結構異常與太平洋板塊俯沖無關，而源于地幔轉換帶的熱物質上涌改造了上覆巖石圈并形成了大同火山。因此，本研究對華北克拉通西部和中部造山帶下方的上地幔構造演化和動力學過程提供了新的約束。

圖2 華北克拉通西部和中部造山帶下方410km和660km間斷面以及地幔轉換帶厚度分布

(a-c) 基于一維IASP91模型的計算結果；(d-f) 利用三維速度模型校正的計算結果

研究成果2023年發表于學術期刊《Journal of Asian Earth Sciences》（Xu, X., Ding, Z., and Niu, F. 2023. New constraints on structures of the mantle transition zone beneath the Trans-north China orogen and western north China craton revealed by receiver functions. Journal of Asian Earth Sciences 245. doi:10.1016/j.jseaes.2023.105554.），受國家自然科學基金面上項目（41974100）資助。