大洋岩石圈的俯冲是板块构造的基本驱动力,影响着俯冲带的地幔楔动力学和弧岩浆作用。在典型的俯冲环境下,弧火山预计会沿边缘线性排列。然而,许多俯冲带的弧岩浆作用分布似乎更为复杂,例如阿留申-阿拉斯加俯冲系统。虽然已经开展了大量研究来了解阿留申-阿拉斯加弧火山的结构和构造,但阿拉斯加中南部活跃的兰格尔火山群(WVF)却相对被忽视。关于WVF下方是否存在俯冲板片、俯冲深度范围以及WVF西缘附近潜在板片撕裂的重要性,一直存在很大争议。因此,需要进一步研究以加深对兰格尔火山群空间分布与俯冲板片几何形状、厚度和撕裂等物理性质之间关系的理解。
WVF拥有丰富的地震数据,为深入研究大陆弧背景下的弧岩浆活动提供了理想的地震学研究对象。本研究对阿拉斯加中南部和加拿大西北部进行了地震波传播模拟和背景噪声瑞利波反演,从而构建了层析成像模型。研究的主要目标是描绘WVF及其附近俯冲板块的详细几何结构,从而深入了解WVF岩浆活动。
研究收集了1999年至2022年间阿拉斯加和加拿大西北部876个宽频带地震台站的连续波形记录的垂直分量,其中包括2016-2018年期间部署在WVF附近的36个台站。然后,提取10-300秒宽频带周期范围内的瑞利波信号。射线路径广泛覆盖了阿拉斯加中南部和加拿大西北部。由于海底地震仪记录的背景噪声数据质量相对较低,反演中剔除了大部分此类数据。
以AK135为初始参考模型,进行有限差分波传播模拟,经过灵敏度核计算和反演,建立剪切波层析成像模型,测量周期分别为10~20s、15~35s、25~50s、35~75s、50~100s、75~150s、100~200s、150~250s、200~300s的瑞利波相位在观测波形与合成波形之间的延迟时间。通过两次波形模拟和反演迭代,层析成像模型通过最小化相位延迟逐步迭代细化并最终确定。阻尼和平滑参数的选择基于数据拟合度和模型方差降低之间的权衡。虽然最终模型覆盖了阿拉斯加和加拿大西北部的广阔区域,但研究重点关注阿拉斯加中南部(以及加拿大最西北部)观测到的地震波速结构特征,因为这些地区的模型分辨率可能最高。