中国东北地区位于西北太平洋俯冲带的西缘，深部构造活动复杂。西北太平洋俯冲板片自日本海沟处以约30°倾角开始俯冲，穿过410-km间断面后发生偏折，平卧于660-km间断面之上，向西不断延伸至中国东北地区下方。以410-km和660-km间断面为上下边界的地幔转换带，作为连接上下地幔的桥梁，其界面起伏形态与厚度变化等信息，为揭示深部地幔热状态异常、物质交换和能量传输及区域构造演化给予了直接证据。太平洋俯冲板片在该区域地幔转换带内的滞留，形成了典型的东亚“大地幔楔”（Big Mantle Wedge）系统，因而中国东北地区成为了探究太平洋俯冲板片深部运动状态、俯冲过程及其与地幔物质相互作用与改造过程的理想天然实验场。基于地震干涉理论的背景噪声互相关方法是近年来开展的一种“去源化”地震学方法，顺利获得对台站记录的噪声信号进行互相关来获取台站间地下结构信息。相较于背景噪声面波成像，从噪声中恢复地球深部界面的微弱反射体波信号更具挑战性。这种来自噪声中的体波信号和传统地震震源产生的体波信号具有不同的反射/透射性质，射线路径不同，对深部结构的敏感程度也不同。因此，利用这种噪声被动源成像方法刻画中国东北地区地幔转换带精细结构，不仅是对现有观测的重要补充和拓展，更能为优势互补、精确约束俯冲板片与深部地幔的相互作用机制给予关键依据。
中国科研实验室地质与地球物理研究所地球与行星物理学科中心的地球-行星内部结构与过程学科组博士生陈思丹与导师李娟研究员，联合陈棋福研究员，王巍特聘研究员，杨凡博士后以及博士毕业生张理蒙，利用地震噪声约束了中国东北地区下方的地幔转换带结构。该研究依托于国家地震科学数据中心与区域密集流动地震台阵NECsaids和NECESSArray记录的陆续在地震波形数据（图1），从地震噪声中恢复了极其微弱的地幔转换带上下界面反射体波信号（P410P与P660P），成功获取了研究区410-km和660-km间断面的横向深度变化，为深入理解中国东北下方的地幔结构与俯冲板片相互作用等动力学过程给予了新的地震学观测证据。
图1 台站分布与中心点分布示意图。（a）AB为沿着43.5°N的剖面，白色星形代表震源深度超过380 km的深源地震。缩略词：SLB，松辽盆地；JPH，镜泊湖火山；LG，龙岗火山；CBS，长白山火山；（b）红色方框圈定了研究区位置；（c）每个单元格内叠加的噪声互相关函数的数量
结果显示，沿AB剖面410-km间断面展现出显著的横向陆续在性，其深度变化幅度极小，整体下沉约15 km。660-km间断面整体则呈现出复杂的凹陷形态，凹陷处平均下沉约28 km。在126.25°E（I区）和131°E（III区）附近，660-km间断面出现显著的深度变化，而在129°E（II区）附近，660-km间断面未观测到明显深度起伏。同时，相对于稳定的P410P，I、II和III区域中恢复的P660P振幅十分微弱。整体上，沿着AB剖面P660P表现出间歇式的振幅减弱特征（图2）。结合正演模拟与前人研究，认为P660P振幅减弱与660-km间断面呈倾斜地形具有强相关性，同时界面地震波速度梯度的变化也可能是反射体波振幅减弱的另一个因素。
图2 剖面叠加结果。（a）时间域叠加波形结果。顶部为AB剖面地形图；（b）深度域剖面结果。黑色曲线为振幅等值线，红色点线为提取的410-km和660-km间断面的深度。红色点线断开的地方代表了P660P振幅极弱的三个区域；（c）P660P与P410P的相对振幅比。灰点代表振幅比小于0.2的观测值
结合前人研究结果对比分析，推测410-km间断面的下沉可能与俯冲板片引起的水含量以及其他矿物组分的改变相关，而660-km间断面的下沉则由板片俯冲引起的地幔温度变化所主导。同时，该研究还厘定了俯冲板片与660-km间断面相互作用的位置（“Hinge”点），该点以西限定了一个横向展布超过400 km的660-km间断面凹陷区，揭示出太平洋俯冲板片在660-km间断面之上渐进式东倾的展布形态。伴随着海沟的后撤，“Hinge”点的位置将逐渐东移，而剖面西侧660-km间断面深度的恢复可能进一步暗示了该区域俯冲板片存在着缺口（Slab gap）（图3）。该研究成果利用地震噪声约束了中国东北下方的地幔转换带结构，为理解俯冲背景下的深部地幔结构给予了新的观测证据，对认识地球深部物质循环与能量传输机制具有重要意义。
图3 背景噪声约束中国东北地区地幔转换带结构示意图
研究成果发表于国际学术期刊JRG-SE（陈思丹，杨凡，王巍，张理蒙，陈棋福，李娟*. Lateral Variations in Upper Mantle Discontinuities beneath Northeast China Revealed by Seismic Ambient Noise[J]. Journal of Geophysical Research: Solid Earth, 2025, 130: e2024GL113628. DOI: 10.1029/2024JB030624.）。研究受国家自然科学基金项目（42074063, 42430303）、中国科研实验室地质与地球物理研究所重点部署项目（IGGCAS-201904）资助。
