华北克拉通是我国东部重要的古老陆块，其岩石圈减薄、地壳改造与深部动力学过程一直是固体地球科学研究的热点问题。特别是中部造山带及其邻区的壳幔结构特征，对于认识中生代以来岩浆活动、壳幔物质交换以及克拉通破坏机制具有重要意义。然而，传统背景噪声层析成像方法多基于射线理论，难以充分刻画复杂介质中的波动传播效应，对精细结构的分辨能力仍有局限。

因此，研究团队基于穿越华北克拉通的密集线性地震台阵资料，发展了适用于线性台阵的二维背景噪声波形层析成像方法。该研究利用三维到二维转换方法，将背景噪声提取的经验格林函数转换为适用于二维反演的重建经验格林函数，并结合谱元法和伴随反演策略，直接利用 6–35 s 周期范围内的瑞利波走时信息反演地下二维 S 波速度结构。与传统三维波形层析成像相比，该方法显著降低了计算成本，为线性台阵下方精细壳幔结构成像提供了一条高效新途径。

图1 研究区域地形和构造简图，改编自Zhao et al. (2005)。线性台阵分布如蓝色三角形所示。黑色虚线勾画出示华北克拉通西部(WNCC)、中部造山带(TNCO)和东部(ENCC)的边界。灰色粗线指南北重力梯度带(NSGL)。绿色空心圆圈标注了汉诺坝地区的含有捕掳体的新生代玄武岩的出露位置。图中标记出了主要构造单元，包括：阴山 (YinM)，燕山 (YanM), 太行山 (TM), 延庆-怀来盆地 (YH), 和渤海湾盆地 (BBB)，鄂尔多斯盆地(Ordos)。研究区域内包含4条测线，分别标记为Line-1(49个台站), Line-2(35个台站)，Line-3(50个台站)，Line-4(37个台站)。

在本次研究中，团队利用49 个地震台站组成的线性台阵（Line-1测线）开展观测，台站平均间距约 10 km，剖面自渤海湾盆地向西穿过太行山并延伸至鄂尔多斯盆地，横跨华北克拉通东部地块、西部地块及中部造山带。通过对背景噪声数据进行处理和伴随反演，团队获得了华北克拉通下方二维 S 波速度结构模型，并在此基础上开展了以下三个方面的分析。

（1）提出适用于线性台阵的高效背景噪声波形层析成像方法

该研究首次将背景噪声波形层析成像有效应用于二维线性台阵观测场景。通过三维到二维波场转换和伴随反演相结合，研究团队绕开了传统频散曲线逐点拟合的限制，能够直接利用波形走时信息反演剪切波速度结构，在保证成像精度的同时大幅降低计算成本。这为今后在线性台阵条件下开展精细地震结构成像提供了新的技术方案。

（2）揭示中部造山带北段下方显著的下地壳低速异常和渐变型壳幔过渡带

反演结果显示，模型不仅较好刻画了浅部盆地和山地等构造单元的速度差异，还在中部造山带北段识别出两个关键深部特征。一是在下地壳 20–40 km 深度范围内存在显著低速异常体，其横向尺度约 80 km，最低剪切波速度约为 3.5 km/s；二是在太行山与燕山交汇区域附近识别出较为平缓的壳幔过渡带，而非传统意义上突变型的莫霍面速度界面。这说明该区深部结构可能比以往认识更为复杂。

图2 线性台阵背景噪声伴随成像结果。（a）线性台阵处的地表地形，WNCC:克拉通西部；TNCO:中部造山；WNCC:克拉通东部；BBB:渤海湾盆地;YH:延庆-怀来盆地;YanM:燕山；YinM:阴山;（b）传统背景噪声成像结果；（c）初始模型M00；（d）噪声伴随成像结果M15，其中LVZ为低速异常体标记；（e）台站对K001-K049的波形拟合情况，频段周期分别为:20-35 s,15-30 s,10-20 s和6-15 s。图片取自Zhang et al.(2018)。

（3）为揭示华北克拉通破坏机制提供新的地震学证据

结合已有地震学、岩石学、地球化学和电性结构研究成果，研究团队认为，上述下地壳低速异常和渐变型壳幔过渡带很可能反映了地幔上涌熔体与下地壳之间的强烈热化学相互作用，并可能与中生代至新生代时期的岩浆底侵作用密切相关。这一认识为理解华北克拉通岩石圈改造与破坏机制提供了新的观测证据，也为认识深部动力学过程对地壳演化的控制作用提供了重要支撑。

总的来说，该研究在较低计算成本下获得了华北克拉通精细的壳幔速度结构图像，不仅展示了背景噪声波形层析成像在线性台阵研究中的应用潜力，也加深了对华北克拉通深部结构演化及其动力学机制的认识。相关成果为进一步开展背景噪声、散射波等多类型观测数据联合反演奠定了基础。