太平洋板块的西向俯冲导致了华北克拉通的破坏，特别是新生代以来，华北克拉通岩石圈经历了明显的改造，地表发生了一系列的盆山作用和火山活动（图1）。其中，大同火山的深部物质来源及其形成机制仍然存在诸多争论。前人的研究结果表明，俯冲的太平洋板片停滞于华北克拉通东部的地幔转换带之中，因其脱水而形成的地幔对流是上覆岩石圈破坏和深部地幔动力学环境改变的主要因素。然而，该停滞板片是否对华北克拉通西部和中部造山带的地幔岩石圈产生影响仍然存在争议。地幔转换带是以两个全球性的410km和660km不连续面为界的区域，这两个界面的起伏和地幔转换带厚度的变化暗示着不同的地幔热环境和组份异常。通过对地幔转换带结构的研究可以帮助我们更好地理解上地幔的地球力学过程，从而认识岩石圈的构造变形和火山的形成机制。

中国地震局地球物理研究所徐小明研究员团队收集了中国地震科学台阵848个台站的远震波形数据（图1），利用频域反褶积方法提取了高质量的接收函数109654条。根据IASP91模型计算了所有接收函数的射线路径和走时，并基于已有的三维地壳和上地幔结构模型，进行了接收函数走时校正。最后，采用共转换点叠加技术（CCP）获取了华北克拉通西部和中部造山带下方410km和660km间断面的地形分布（图2）。

图1 研究区地震台站分布和主要构造单元

其中，左上小图为华北克拉通和太平洋板块俯冲的构造背景。PP：太平洋板块；PHSP：菲律宾板块；ENCC：华北克拉通东部；TNCO：华北克拉通中部造山带；WNCC：华北克拉通西部；CAOB：中亚造山带；SGT：松潘-甘孜地体；SB：四川盆地；蓝色方框为研究区位置。左下小图为本研究所使用的地震事件分布。

研究结果表明华北克拉西部和中部造山带下方410km和660km不连续面地形起伏具有明显的横向不均匀性。大同火山至阴山地区下方的410km间断面下陷深度达10km，这揭示了该区域热的地幔环境。结合前人的研究结果，推测大同火山的岩浆物质来源可能成因于源自地幔转换带的地幔物质上涌。在阿巴嘎和达里诺尔火山地区，410km间断面存在约10km的隆生，而地幔转换带厚度约有15km的增厚。这些异常可能与该区域存在岩石圈拆沉并下沉至地幔转换带有关。另外，在鄂尔多斯块体及其西南侧地区的410km和660km间断面以及地幔转换带厚度几乎接近于全球平均值，表明该区域原始的地幔转换带结构得到了很好的维持，从而保持了其上方鄂尔多斯块体的克拉通岩石圈属性。本研究认为华北克拉通西部和中部造山带地幔转换带的局部结构异常与太平洋板块俯冲无关，而源于地幔转换带的热物质上涌改造了上覆岩石圈并形成了大同火山。因此，本研究对华北克拉通西部和中部造山带下方的上地幔构造演化和动力学过程提供了新的约束。

图2 华北克拉通西部和中部造山带下方410km和660km间断面以及地幔转换带厚度分布

(a-c) 基于一维IASP91模型的计算结果；(d-f) 利用三维速度模型校正的计算结果

研究成果2023年发表于学术期刊《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.），受国家自然科学基金面上项目（41974100）资助。