松潘—甘孜造山带地壳速度结构

位于川西地区的奔子栏—唐克深地震测深剖面以NNE走向穿越松潘—甘孜造山带 .根据人工地震记录分析得到的震相走时和相关的振幅信息 ,确定了该剖面二维P波地壳速度结构 .剖面的地壳结构可分为 5层 ,其中第 1,2 ,3层为上地壳 ;第 4 ,5层为下地壳 .上地壳中部普遍存在低速异常带 ,但龙日坝以北 ,这一低速带与其上覆的低速基底合为一体 .同时 ,沿剖面的地壳速度结构具有较强的横向变化 .据此 ,可将剖面分为 4段 ,即甘孜—理塘断裂以南、甘孜—理塘断裂至鲜水河断裂、鲜水河断裂至龙日坝断裂和龙日坝断裂以北 .这与区域构造划分基本一致 .地壳厚度沿测线从南西向北东逐渐减薄 ,即从金沙江畔的 6 2km减小到黄河附近的 5 2km .根据PmP震相分析 ,莫霍界面深度在鲜水河断裂两侧没有明显变化 .全剖面的地壳平均速度较低 ,为 6 .30km/s.奔子栏—唐克剖面揭示了该地区的“造山带”型地壳上地幔结构特征 .鲜水河断裂带位于剖面的中部 ,该地区的上地壳速度为正异常 ,而下地壳和上地幔顶部存在负异常 .笔者认为 ,这是一类有利于强震孕育和发生的深部构造环境 .

川滇地区地壳上地幔三维速度结构研究

根据云南和四川地震台网 1 74个台站记录的 4 62 5个区域地震初至 P波和 S波走时资料 ,并结合其它深部地球物理资料 ,确定了川滇地区地壳上地幔三维速度结构 .在上地壳速度异常分布中 ,四川盆地为正异常 ,川西高原为负异常 ,龙门山断裂带为正、负异常的边界 .龙门山断裂、鲜水河断裂以及红河断裂等 ,在下地壳和上地幔的速度异常中仍显示出构造分界特征 ,说明它们可能穿透了莫霍界面 .腾冲火山区和攀西构造带在 50 km深度上呈现负速度异常 ,与上地幔温度和物质组成的差异相联系 .川滇地区地壳结构的总体特征是 :地壳和上地幔的低平均速度 ,地壳厚度变化剧烈 ,地壳和 (或 )上地幔存在高导层、高热流值 .这些同印度板块与欧亚板块碰撞的构造背景有关 .川滇菱形块体在地壳内总体上为正常或正异常速度 ,而其边界的深大走滑断裂存在负速度异常 ,它有助于地壳块体沿断裂的侧向挤出 .在主要的地震带上 ,中下地壳的负速度异常与地震活动性相关 .多数强烈地震发生在具有正速度异常或正常速度分布的上中地壳深度上 。

用深地震反射方法研究邢台地震区地壳细结构

为了取得邢台地震区的地壳细结构,1990年冬,国家地震局地球物理研究所等实施了一条穿过华北平原中部束鹿断陷盆地的深地震反射剖面.经过叠加和偏移后的剖面显示出清晰的地壳细结构图像.剖面图上1—4s之间的强反射对应于由一组正断层产生的沉积层变形,其中新河断裂为束鹿盆地和新河凸起之间的边界主断裂,它伸展到8km以下深处.在5s左右显示出一组较强的反射界面,它可能对应于脆性上地壳的下界面.10—11s之间的壳-幔过渡带包含一组振幅大、连续性好的强反射,在震源下方的Moho界面上似乎被间断.岩浆从上地幔顶部侵入到地壳中,使得地壳可能出现部分熔融,这一过程是产生扩张盆地和发生邢台地震的主要原因.

青藏高原东部壳幔速度结构和地幔变形场的研究

在青藏高原东部地球动力学问题中,笔者在文中主要考虑与地壳上地幔速度结构和地幔变形场有关的问题,它涉及当前流行的下地壳流动模型和壳-幔的耦合-解耦模型。在2000年完成的穿过川西高原和四川盆地的深地震测深剖面,揭示了川西高原的地壳结构具有地壳增厚(主要是下地壳增厚)、地壳平均速度低等特点,显示地壳的缩短与增厚的碰撞变形特征。根据川西高原上设置各爆炸点的记录截面图共同呈现PmP(莫霍界面反射波)弱能量的特点,推断在川西高原的下地壳介质具有强衰减(Qp=100～300)的性质,支持存在下地壳流动的模型。青藏高原东部和川滇西部地区的上地幔各向异性(SKS波快波偏振方向和快慢波延迟时间)的初步结果表明,这两个地区的壳-幔变形特征是不同的,尽管它们在地理位置上属于同一个板块碰撞带。在青藏高原内部的壳幔变形属于垂直连贯变形,它以缩短为主,而高原外部的地壳(或岩石圈)则相对于其下方地幔运动。在高原内部和外部之间存在一个重要的地幔变形过渡带。然而,高原内部的垂直连贯变形与高原内部存在大范围下地壳流动的模型不一致。笔者在该地区开展了近两年的宽频带流动地震观测,试图从地震记录中确定过渡带的位置和探讨它的流变性质。文中扼要回顾已经取得的结果,并介绍正在进行的研究。

南北构造带岩石圈结构与地震的研究

南北构造带是中国大陆东西部大地构造的主要分界,也是大陆内部强烈地震发生的主要地区之一.2008年汶川MS8.0地震发生后,在南北构造带及周边地区进行了大量的野外科学考察、深部地球物理探测和流动地震观测,在岩石圈结构与构造、强震发生的深部构造环境和动力学过程等方面获得了重要的进展.本文综述近年来发表的一批研究成果,包括岩石圈结构的深部地球物理探测和成像,地震层析成像,地震各向异性和壳幔变形,与近期发生的强烈地震相关研究,以及与大陆动力学有关的研究等.自2000年以来,我国建成了具有1000多个地震台站的国家和区域地震台网.它们在实时为地震监测服务的同时,其产出的海量数据还提供用于地球科学研究.一批作者在国内外发表了研究成果,大大提高了对南北构造带的认识.我们虽然取得许多共识性的重要成果,但是也存在一些问题,发现不同作者的结论是相互矛盾的.其原因之一可能是,现有台网的数据成像分辨率和精度仍不足以识别在地壳深处的细节,例如在孕震尺度概念下的地震危险区.加强流动地震观测,提高台站分布的密度,取得高可信度的目标模型是解决问题的重要方面.近年来"中国地震科学台阵观测"计划在南北构造带上实施的大型流动台阵观测,结合固定地震台网的资料,加上高分辨率深部地球物理探测,以获得高可信度的地壳上地幔三维精细结构及物性成像,是提高地震科学和大陆动力学研究水平的一个有效途径.

腾冲火山地热区地壳结构的地震学研究

根据腾冲火山地热区实施的人工地震测深剖面资料 ,用有限差分反演和正向走时拟合方法确定了地壳二维 P波速度结构 .地壳模型显示 ,在腾冲的热海热田附近上地壳存在低速异常体 ,它与火山地热活动可能有关 .测线的二维地壳结构上显示出两条地壳断裂 :龙陵—瑞丽断裂和腾冲断裂 ,其中腾冲断裂可能切穿莫霍界面 .同时 ,根据远震波形资料反演腾冲热海热田地区的 S波速度结构 ,也显示出该地区上地壳存在 S波的低速异常 .本文从深部结构方面探讨腾冲火山的成因 .腾冲火山地热区地壳具有低 P波和 S波速度、低电阻率、高热流值和低 Q值 ,以及上地幔也具有低 P波速度的特点 .由此推测地壳内岩浆来源于上地幔 ,腾冲附近地区存在的上地壳低速度异常可与岩浆的分异作用相联系 .与地球上大多数的活动火山一样 ,腾冲火山位于移动板块之间的边界附近 ,属于“板块边界”

大别造山带地壳S波速度结构

在大别造山带深地震测深剖面H维P波地壳速度结构的基础上,从地震记录的水平分量得到S波地壳速度结构,并用P波和S波的资料共同约束地壳的组成.剖面上大多数炮点的记录均显示了清晰的Sg和SmS震相.在埠塔寺炮和金拱炮的记录上还较清晰地显示出莫霍界面的反射转换震相PmS,表明在相应的范围内莫霍界面是一级间断面.在Pn和SmS震相都比较强的记录截面图上缺少相应的Sn震相,表示在上地幄顶部泊松比随深度急剧增大,在这一深度上物质可能存在局部熔融状态.剖面的地壳泊松比模型表明,上地壳在深度10km以内泊松比为025左右,仅北淮阳弧后复理石带较低,为0.23；扬子板块和华北板块的下地壳泊松比为0.26-0.27；在大别选山带,上地壳下部泊松比为0.22-0.24,而下地壳泊松比为0.27-0.30,其中超高压变质带最高.P、S波速度和泪松比表明超高压变质带下地壳主要由基性麻粒岩组成.大别造山带中、下地壳组成的横向不均匀性反映了在三叠纪造山作用期间扬子板块向华北板块俯冲,以及存在与地慢物质相联系的岩浆侵入体.

龙门山及其邻区的地壳厚度和泊松比

根据龙门山及其周边地区(26°～35°N,98°～109°E)的132个台站的宽频带远震记录,使用H-k叠加方法计算地壳厚度和波速比。结果表明该区域的地壳厚度总体变化是:从东向西增加,东部的最小厚度为37.8km,西部的最大厚度是68.1km,其中横跨龙门山断裂带的地壳厚度变化最大,从东南的41.5km增加到西北的52.5km。根据Airy均衡理论,用台站的高程和观测地壳厚度数据求得最小二乘意义下的壳幔密度差为0.649g/cm^3,平均地壳厚度为37.9km。龙门山及其邻近地区基本上处于均衡状态。松潘-甘孜地体北部和西秦岭造山带具有低泊松比(v<0.26),扬子地台的西南部具有低-中泊松比(v<0.27),松潘-甘孜地体南部、三江褶皱带和四川盆地具有中-高泊松比(0.26≤v≤0.29)。该地区的泊松比空间分布不支持青藏高原东部广泛分布的下地壳流的假说。龙门山断裂带南段及其附近地区的高泊松比(v≥0.30)可以看成是地壳具有较高的铁镁质组分和/或存在部分熔融。该地区下地壳可能是处于富含流体和温度较高的部分熔融状态。松潘-甘孜块体南部的上地壳物质向东运动,受刚性强度较大的扬子地台的阻挡,导致沿龙门山断裂带产生应变积累。当断层被地壳流体弱化,积累的应变能量快速释放,产生汶川M_S8.0地震。

大别造山带上部地壳结构的有限差分层析成像

将有限差分层析反演方法用于大别造山带人工地震测深剖面上部地壳初至波的走时层析成像，得到这一剖面上部地壳横向不均匀结构图像表明，在南大别地区的超高压变质带发现榴辉岩相岩石，其下方3km深度以内的基底仍具有大陆地壳构造中正常的结晶基底速度（6．00km／s左右）；北大别地区在整个上地壳保持正常的速度，而在超高压带下方3km深度以下为6．20—630km／s的相对高速异常区，这一现象可能与超高压变质岩的含量增大有关．同时还表明，南大别和北大别之间至少在上地壳已有明显差异，它们之间的水吼一五河断裂可能是大别造山带内部的主要构造分界线．

华北盆地滑脱构造的地震学证据

在华北盆地中西部的临城一巨鹿深地震反射剖面上，ＣＤＰ叠加剖面在双程走时２．５-４．５ｓ部分显示出一系列连续性好、能量强的低角度反射事件，在剖面上显示的延伸距离达４０ｋｍ．这些反射事件解释为滑脱断层，它自西向东倾角变缓，发育在深度为ｓｋｉｎ（剖面西端）至１０ｋｍ（东端）的结晶基岩中．在剖面的浅部显示出两个相似的单边断陷盆地，其主断裂以铲形归并到这一滑脱构造．上盘在伸展过程中向东滑移，拉张和重力滑动作用可能是形成这些断裂的主要原因．剖面东部的中下地壳内众多的反射事件具有叠层状的特征，并遭受强烈的变形，可能表示地幔物质上涌侵入至地壳内．岩浆侵入在地壳上部形成附加的伸展应力场，同时使下地壳增热，粘度下降，某些矿物发生脱水作用，脱出的水上移并储存于中地壳内．伸展应力场及热和水的作用促进滑脱构造的形成．邢台地震的震源深度分布表明，这一地区脆韧过渡带的深度为１０-２５ｋｍ，滑脱面为过渡带的上界面．

Crustal structure in northern margin of Tianshan mountains and seismotectonics of the 1906 Manas earthquake

长86 km、南北向横跨乌鲁木齐坳陷的深地震反射剖面,揭示了北天山山前地壳的薄皮构造特征.共深度点叠加剖面的石河子以南部分显示了天山北缘平行山体的第一和第二排背斜构造.与双程时间分别为2.5～3.0s和5.5～6.0s的反射事件对应的滑脱构造,将地壳深部构造与地表逆断裂-褶皱构造联系在一起.玛纳斯断裂以铲形方式向下延伸,在2.5s左右深度归并于第一滑脱面,向南与清水河断裂汇合.在5.5～6.0s深度上为与玛纳斯下背斜相连的主滑脱面.它们最终汇集到准噶尔南缘断裂.石河子以北的坳陷沉积深度达12～14km.沿剖面的莫霍界面深度在准噶尔盆地为45km左右,往南加深至50km.对该区域内的深地震测深剖面和布格重力异常资料的分析结果,与深反射剖面的地壳结构图象具有一致性.深地震反射剖面通过1906年玛纳斯7.7级地震宏观震中区,共深度点叠加剖面用于推断玛纳斯7.7级地震与北天山山前地壳构造之间的关系:玛纳斯地震属于一类“褶皱地震”,其发震构造是由准噶尔南缘断裂、清水河逆冲断裂、滑脱面和玛纳斯浅部断坡组成的断层系.

青海门源─福建宁德地学断面综合地球物理研究

概述了青海门源─福建宁德地学断面的综合地球物理研究结果．综合研究以贯穿断面的深地震测深剖面资料为基础．综合地球物理模型表明了各大地构造单元的结构特征及相互关系．断面显示了太平洋板块、印度板块与欧亚板块之间相互作用的结果．断面西段由于印度板块与欧亚板块碰撞，急剧的岩石圈缩短使地壳增厚；断面东段则处于西太平洋裂陷引张状态，形成一系列张性断裂和断陷盆地，导致岩石圈变薄，地壳亦随之减薄．本文还讨论了断面中几个重要构造单元的动力学问题．

束鹿断陷盆地及其邻近的地壳结构特征

在邢台地震区内进行的深地震反射剖面探测，获得了对束鹿断陷盆地及其邻近地壳结构的新认识．在ＮＷＷ向的宁晋—新河和临城—巨鹿深地震反射剖面上，ＣＤＰ叠加结果在双程走时４．０ｓ以上部分显示出形态基本相同的单边断陷盆地，即束鹿断陷盆地．盆地宽达１５ｋｍ（下第三系边界），新河断裂作为其主边界断裂以铲形方式延伸到双程走时４．０ｓ（即８ｋｍ深度）以下．这些剖面上还清晰地显示了中地壳内的滑脱构造．新河断裂向下延伸归并于这一滑脱构造．深地震测深和大地电磁测深的结果表明，滑脱构造下方为低速高导层，有利于上、下盘构造的滑脱．ＮＮＥ向的任县—宁晋深反射剖面位于断陷盆地内部，它显示出盆地内部的复杂结构．该剖面的浅部被三个横向凸起分割成三个次一级的盆地．同时，耿庄桥至小河庄之间的中下地壳内，众多的强反射事件具有叠层状特征，并经受强烈的变形．在ＮＷＷ向的两条剖面上也具有类似的反射特征，这表示在束鹿盆地内部可能存在较大范围的岩浆上涌侵入至中下地壳内．下地壳内呈现异常的低速带，表明当前的岩浆活动仍较强烈．笔者认为，岩浆作用是这一地区构造活动的重要因素．

腾冲火山区地壳结构的人工地震探测

介绍在腾冲地区完成的由一条近南北方向纵测线和两条近东西向的非纵测线组成的人工地震测深工程以及对纵测线资料解释的初步结果。上地壳的平均速度为 5 94km s ,其底界面深度为 12km左右 ;下地壳的平均速度为 6 6 7km s ,顶界面深度为 2 3km左右 ;中地壳可分为 2层 ,平均速度为 6 17km s ;纵测线的平均地壳厚度为 40km。在团田至腾冲之间的基底速度相当低 (5 80km s)。在腾冲与固东之间的中地壳界面有局部上拱现象。局部地区的地壳速度偏低以及壳内界面上拱可能与岩浆活动有关。

华北强烈地震深部构造环境的探测与研究

20世纪六七十年代以来,华北地区发生了一系列强烈地震.强烈地震的孕育、发生和发展与深部构造密切相关.近50年来,我国地震科学领域在强烈地震的地震构造和深部环境方面开展了大量的研究.深部地球物理探测和地震层析成像结果揭示了华北地区地壳结构的基本特征,并在强烈地震发生的深部构造环境等问题上取得了重要进展.本文在回顾华北地区地壳上地幔结构探测的基础上,对1966年邢台M_S7.2,1976年唐山M_S7.8,1975年海城M_S7.3和1679年三河—平谷M8.0地震的地震构造和深部构造环境进行评述.深部地球物理数据的综合分析表明,震源下方的低速异常带,高角度超壳深断裂,地壳深浅构造的不一致,偏低的上地幔顶部速度和局部隆起的莫霍界面,是华北伸展构造区深部孕震环境的共同特征.

昆明地震台网下方的三维速度结构

根据昆明地震台网１９８２－１９８９年记录的２７５个区域地震初至Ｐ波走时资料，用震源参数与介质结构参数分离方法和三维近似射线追踪确定了台网下方的三维速度结构．昆明地震台同台站间距相对较大，区域初至震相和Ｐｎ可能同时存在，在网格介质模型中，Ｐｎ用近似射线追踪方法模拟为Ｍｏｈｏ界面下方的潜波．最终的三维速度结构与深地震测深和布格重力异常反演结果基本一致．滇中地区（渡口楚雄一带）在４５ｋｍ深度上为明显高速区，解释为Ｍｏｈｏ界面隆起．这一地区上地壳呈低速区，因此，Ｍｏｈｏ面的隆起被认为是均衡作用的结果．速度等值线分布表明，上部地壳和下地壳结构复杂，而中地壳则相对简单，这一特征说明云南地区属于现代活动构造区域．红河断裂作为这一地区大地构造的主要分界线，虽然在速度结构上未显示较明显的低速异常带，但在中至下地壳的速度等值线上显示出构造分界的特征，这表明红河断裂已穿透Ｍｏｈｏ界面．

青藏高原东部及其邻区力学耦合的岩石圈变形模式

根据青藏高原东部及其邻区布设的143个宽频带固定和流动地震台站的远震记录的SKS波分裂分析获得了各台站的快波偏振方向和快慢波之间的时间延迟。SKS分裂分析结果总体上反映了高原东部的上地幔物质流动方向,即高原内部表现为环绕喜马拉雅东构造结的顺时针旋转。在造山运动过程中有关岩石圈地壳和地幔力学耦合的造山变形方式,用从GPS和第四纪断裂滑动速率数据确定的地面变形场和由地震波各向异性数据推断的地幔变形场联合分析来定量求得。在青藏高原东部和云南、四川等地区新近快速增加的GPS和SKS波分裂观测数据,提供了对青藏高原岩石圈地幔实际变形方式的检验。这些新的数据不仅加强了高原内部力学耦合岩石圈的证据,而且也解释了高原外部相同的耦合特征。文中引入简单剪切变形和纯剪切变形的概念,用于解释高原内外不同的耦合变形特征。青藏高原和周围区域力学耦合岩石圈的垂直连贯变形有两个方面的大陆动力学含义:第一,岩石圈垂直强度剖面被一个重要的条件所约束,即要求与重力势能变化相关的应力能够从地壳传递到地幔;第二,青藏高原各向异性的空间变化反映了一个岩石圈变形的大尺度模式,以及从高原内部的简单剪切变形向高原外部的纯剪切变形的过渡带。文中提出的力学耦合岩石圈变形模型与当前已有的多种造山运动变形模型具有不同的变形含义,因此,地幔变形在青藏高原隆升过程中起主要作用。

大别山超高压变质带地壳结构及其构造意义

根据大别山深地震测深剖面的资料， 取得了大别山地区的地壳结构模型． 二维地壳结构显示了碰撞造山带的特征和超高压变质带的深部地球物理证据． 地壳上部的三维速度结构表明： 在２ ｋｍ 深度上速度分布与地表的地质构造明显相关， 在５～１０ ｋｍ 深度上超高压变质带显示相对高速． 布格重力异常的观测资料显示大别山地区有较大范围的负异常． 在由上部地壳引起的布格重力异常中， 超高压变质带则为正异常区． 由于在地震剖面的二维地壳模型中， 造山带的山根仅有４～５ ｋｍ 厚， 且上地幔顶部的速度横向变化不明显， 因此可以认为，观测与计算的布格重力异常不一致的原因主要来自地壳， 至少在中上地壳内应产生负布格重力异常． 超高压变质带中地壳内的物质密度应比周围地区低． 这一较低密度的物质与扬子地壳向北俯冲到１００ ｋｍ 以下的深度， 然后返回地壳的碰撞过程有关．

地震测深数据文件及其处理系统

本文在我国大规模开展地震测深工作的基础上,提出了地震测深数据文件系统,其目的在于在测深资料解释中引进数字处理技术,增加地震记录可用的信息量,建立地震测深数据库,从而促进我国深部研究工作中资料的相互交流. 在IBM-PC/XT微型计算机上,与本文的数据文件系统相应的数据采集、文件组织、绘制地震记录截面图以及对数字记录进行预处理等方面软件设计已经完成,从而建立了较完善的地震测深数据处理软件包.这个软件包在野外的使用表明,它具有效率高、使用方便的优点.

昆明地震台网多事件定位问题的初步研究

根据昆明电信传输台网1983—1989年记录的区域地震初至 P 波走时资料,用参数分离和多事件定位的方法得到台网内各台站的 P 波走时校正值.这组校正值在一定程度上反映了该地区地壳上部横向不均匀结构的特征.台站校正值的地理分布明显地分为3个地区:台站最密集的滇西地区,所有台站(不包括南边的云县,施甸和畹町)的台站校正值不超过0.15s;东部地区(楚雄以东)台站分布仍较密集,但间距比滇西大,其中大部分台站显示为正延迟;南部地区包括文山、思茅、普洱以及云县、施甸和畹町,它们均显示出较大的负延迟.这与云南地区的地质构造特征基本上是一致的.走时校正后重新定位的精度有较大的提高,因此,这组台站校正值可以提供地震台网的常规定位使用.