利用H-κ-c方法研究丽江—小金河断裂两侧的地壳厚度与泊松比

本文基于研究区不同台网布设的156个地震台站记录的远震波形数据,提取台站下方径向接收函数,利用H-κ-c方法获取了丽江—小金河断裂两侧的地壳厚度与泊松比分布情况.结合前人的研究成果,分析讨论了丽江—小金河断裂两侧的地壳物质组成特征、孕震环境及未来的地震危险性.研究区地壳厚度从西北的~70 km逐渐向东南方向递减至~39 km,大致以27°N为分界线,以北地壳较厚,以南地壳较薄.盐边—攀枝花地区莫霍面较周围地区明显上隆.乡城—得荣—香格里拉、冕宁、丽江—鹤庆—宁蒗以及盐边—攀枝花—德昌地区均为高泊松比(σ>0.28);木里断裂、盐源断裂与金河—箐河断裂之间的区域、以及澜沧江断裂、程海断裂所在的地区呈低泊松比(σ<0.26).结合高热流、低S波速度等特征,我们认为青藏高原侧向挤出的下地壳塑性物质导致了乡城—得荣—香格里拉和冕宁地区的地壳增厚与高泊松比,并可能沿着近NS或NW走向的断裂挤入丽江—鹤庆—宁蒗地区.考虑低热流、高泊松比、高密度以及高P波速度等的特征,我们推测盐边—攀枝花地区的莫霍面局部上隆很可能与二叠纪地幔柱活动有关,岩浆的底侵作用导致了地壳的减薄,冷却固结后形成了盐边—攀枝花—德昌地区的地壳基底铁镁质/超铁镁质层.以盐边—攀枝花地区为中心的峨眉山大火成岩省内带阻挡了青藏高原的下地壳流动,使其沿着丽江—小金河断裂向西南方向转折.大多数MS≥5.0级的历史地震都发生在莫霍面陡变带上以及高泊松比周围或高、低泊松比过渡地区.丽江—小金河断裂的木里至冕宁段及该断裂与大具断裂交汇处位于高、低泊松比交界地区,根据S波速度高梯度带、断层的强闭锁性、历史地震空段区以及较长的大震离逝时间,推测这两段可能具备发生中强以上地震的孕震环境,需要重点关注其地震危险性.

基于贝叶斯方法的地壳厚度定量估算

大陆地壳一直以来都扮演着记录过去40亿年地球演化历史的重要角色。现代板块汇聚边界形成的岩浆岩地球化学特征与岩浆活动时的地壳厚度高度相关,因此,一系列地球化学指标可作为地壳厚度的优秀示踪剂。然而,由于岩浆岩地球化学组成的复杂性,准确量化过去地质时期地壳厚度一直是一项具有挑战性的任务。本文基于地球化学大数据,运用贝叶斯方法,建立了一个利用多种地化指标(CaO、K_(2)O、MnO、Dy、Ho、Lu、Y、Sr/Y、Ce/Y、La/Yb、Sm/Yb、Dy/Yb)定量估算地壳厚度的贝叶斯模型。利用中新世以来(<15 Ma)的全球数据验证表明,与传统的单指标方法相比,贝叶斯模型对现今地壳厚度提供了更准确的估计。利用该模型重建了新生代拉萨地块地壳厚度变化,重建结果表明,拉萨地块在50~30 Ma经历了多阶段地壳增厚,最终形成如今的巨厚地壳。

基于优化的BP神经网络的重力数据反演马尼拉俯冲带及花东海盆区域地壳厚度

地壳厚度是地质体的重要参数,对认识区域地壳形变以及量化物质循环至关重要。由于变形破坏以及地壳厚度在较窄空间上的急剧变化,地震探测方法对俯冲增生带的莫霍面成像质量较差,很难获得准确的地壳厚度。学者们常利用重力数据反演俯冲带的地壳厚度,由于缺乏其他地球物理数据的约束,加上传统的Parker-Oldenburg算法在迭代过程中常需引入低通滤波以确保计算稳定。然而,如果低通滤波的范围选择不当,可能会使反演结果过于光滑。这些问题导致重力反演得到的地壳厚度结果与地震数据的一致性较差。本文基于卫星重力数据和大量海底地震仪(ocean bottom seismometer, OBS)剖面,运用优化的反向传播(back propagation, BP)神经网络的方法,建立了一个多影响指标控制的定量估计地壳厚度的模型,并利用该模型反演了马尼拉俯冲带与花东海盆区域地壳厚度。与传统重力反演(Parker-Oldenburg)法相比,在地壳厚度变化显著的区域,BP神经网络重力反演方法具有明显的优势,与OBS剖面较吻合,更符合实际地质情况。结果表明,南海海盆地壳厚度在4~9 km,东部海盆残余扩张中心呈SW-NE向一直延伸至马尼拉海沟,地壳厚度局部增厚至10 km以上。花东海盆地壳厚度为4~7 km,推测为洋壳属性。通过分析不同构造单元地壳厚度的对称性,本研究推测加瓜脊可能是西菲律宾海盆向花东海盆俯冲的产物。

基于接收函数方法研究广东地区地壳厚度与泊松比

选取广东地区49个固定地震台站记录到的远震资料,采用时间域迭代反褶积法提取P波接收函数,利用Н-к叠加法获得台站下方的地壳厚度与泊松比。结果表明:①广东地区地壳厚度在24.8~31.0 km,平均值为28.3 km,自西北往东南减薄,呈区域性带状分布特征,可能与研究区内山脉隆起、平原和山地相间的地质构造相关。②研究区泊松比为0.220~0.287,平均值为0.244,泊松比北部偏高、南部偏低,沿海地区高于内陆地区,具有区域性块状分布特征,可能与地壳主要深大断裂切割的地质块体有关。③地壳厚度和泊松比分布与断裂的分布有较好的对应关系,并在断裂附近变化明显。④地壳厚度与泊松比呈负相关,可能与古太平洋板块在地壳演化过程中向广东大陆方向推进,幔源物质进入地壳,在地壳深部存在部分熔融,从而导致地壳岩石中镁铁成分含量上升引起的泊松比升高有关。

首都圈地区的地壳厚度及泊松比

利用2002～2003年中国地震局地质研究所台阵实验室以唐山大震区为中心布设的40个流动宽频带地震台站和首都圈数字台网的107个固定台站的远震数据,采用接收函数叠加搜索方法测定了首都圈地区地壳厚度和平均泊松比.综合利用首都圈数字地震台网的宽频带和短周期台站,以及流动地震台阵的观测数据,使我们的结果具有较前人更好的空间分辨率,为我们研究首都圈地壳的变形及其与地震的关系提供了重要的数据平台.结果表明：（1）首都圈地区地壳厚度和泊松比具有明显的横向分块特征,并与断层切割的地质块体有较好的相关性,地壳厚度变化形成了由涵盖北京—三河—唐山的NE向地壳厚度变化过渡带与张家口—北京—天津的NW向壳幔界面凹陷带构成的交汇构造,后者与所谓的张家口—渤海地震带基本吻合,而且本文给出的深部构造背景与首都圈地区的NE向和NW向地震带的交汇特征相吻合;（2）首都圈地区地壳厚度具有较大的差异,区域内地壳厚度的变化达15km.其中,台站SZJ下方地壳厚度达到43.8km,而台站BDH下方地壳厚度仅为28.8km,总体上研究区西北侧的张家口—怀来地区的地壳厚度较大（～40km）,而唐山以东地区地壳较薄（28～32km）;（3）研究区地壳的平均泊松比值为0.26左右,其最大值偏离泊松介质（σ=0.25）21%以上,而最小值偏离标准泊松比值9.6%,北京周边地区被高泊松比的介质环绕,而唐山东侧为低泊松比介质,地壳泊松比的分布特征反映了华北克拉通裂解过程中地幔物质的侵入;（4）研究区中强地震大多发生在地壳厚度和泊松比变化的陡变带,且偏于低泊松比的一侧,首都圈地震的成因仅考虑由于板块作用引起的水平应力场是不够的,有必要充分重视由于上地幔变形引起的地壳垂直变形和上地幔物质侵入造成的地壳变形运动与热效应.

华北克拉通中西部地区地壳厚度与波速比研究

本文使用华北科学台阵和中国国家地震台网164个地震台站记录的远震波形资料,用最大反褶积方法提取接收函数,采用接收函数H-k叠加方法得到了各台站下方的地壳厚度和波速比.研究结果表明,华北克拉通中西部地区的地壳厚度由东向西加深,其中东部的华北平原地区地壳厚度介于30～33 km,中部的燕山太行地区地壳厚度介于33～40 km之间,西部的鄂尔多斯块体地壳厚达40～42 km.研究显示该区的地壳平均波速比与地壳厚度没有明显相关性,这可能与该区地壳厚度、地壳组成横向变化异常强烈有关.研究区的地壳平均波速比介于1.68～1.86之间,东部盆地地区台站下方的波速比变化较大,多数分布于1.70～1.80之间;山区平均波速比主要集中分布于1.70～1.77之间,暗示山区块体较东部盆地地区地壳组成更富长英质,而缺少铁镁质成分.该区地壳厚度与地形高度具有很好的相关性,其斜率为6.6,较青藏高原东缘地区的斜率更高,通过分析表明,华北克拉通中西部地区上地幔顶部岩石密度相对较低,为古老的、低密度难熔的、富镁贫铁的克拉通,可为地壳提供更大的浮力.

花岗岩与地壳厚度关系探讨

文中首先从板块构造与大陆构造的对比出发,指出板块构造主要研究洋壳,洋壳主要研究玄武岩,玄武岩主要研究构造环境。大陆构造主要研究陆壳,陆壳玄武岩少花岗岩多,因此,花岗岩在大陆构造研究中具有特殊的地位。由于花岗岩比玄武岩复杂得多,其中尤以源岩和深度对花岗岩的影响最大,是大陆花岗岩研究最重要的课题。文中接着讨论了Sr和Yb的变化对于花岗岩的意义,指出它们可以作为花岗岩新的分类的标志,主要与其形成的深度有关。由于花岗岩大多形成于下地壳底部,于是,形成于不同深度的不同类型的花岗岩即与地壳厚度存在一定的关系,可以用来研究大陆垂直运动的变化,识别地质历史上曾经存在过但现在已经消失的古高原和古山脉。大陆构造主要研究块体的水平运动和垂直运动。由于垂直运动研究的难度大,而且花岗岩在垂直运动研究中具有的优越性,因此,花岗岩研究最重要的地球动力学意义即在于地壳厚度问题。文中还讨论了花岗岩地壳厚度研究与其他方面研究的关系,指出了花岗岩与地壳厚度关系研究存在的问题,认为花岗岩与地壳厚度的研究具有极大的前景,将推进大陆构造学的研究,将推进花岗岩迈入新时代,将开辟花岗岩研究的新纪元,将创立花岗岩堪与玄武岩媲美的新的理论体系。

新疆和周边地区地壳厚度和V_p/V_s比值变化的接收函数约束

我们用修订后的接收函数H-κ叠加算法估计了新疆和周边地区90个地震台站下的地壳厚度和波速比V_P/V_S.该地区平均地壳厚度约为52 km,变化范围约为33～79 km.最厚地壳位于西昆仑山的TAG台站,最薄地壳在塔拉斯Κ费尔干那断层附近的NRN台站.对每个台站的点地壳厚度估计结果进行了线性各向同性变差模型的标准克里金空间插值,得到了新疆和周边地区0.1°×0.1°分辨率的地壳厚度横向变化图像.该图像显示研究区域地壳厚度变化和地表地形有很强的相关性,即盆地比周围造山带地壳厚度薄,显示该地区莫霍面由盆地向两侧造山带倾斜的特征.波速比估计的结果范围为1.61～1.89,平均值为1.76.波速比复杂的变化说明地壳内物质成分构成的复杂性,这种复杂性可能由于地幔物质随着构造活动上涌侵入地壳内部所致,同时地幔物质的底侵可能对该地区地壳增厚有贡献.

华南沿海地区地壳厚度与泊松比研究

华南沿海地区地壳厚度和泊松比分布是了解该地区板块运动和地球内部物质结构的重要依据.本文利用广东台网和福建台网共75个固定地震台记录到的2001—2008年远震波形的接收函数,通过H-κ叠加法获得了74个台站下方平均地壳厚度和泊松比值的有效估计,结合该区断裂分布、地震活动和地形地貌特征,得出以下结论：（1）该区地壳厚度范围在26-32km之间,由陆向洋、自北向南减薄.泊松比0.23-0.28,由陆向洋增加,地壳厚度与泊松比变化分别和地表地形呈正相关和负相关;（2）地壳厚度和泊松比呈块状和带状分布,对应该区的断裂活动,其过渡带变化地区与地震分布一致,震群区和地幔上隆区对应泊松比的急剧增加;（3）该区主要以中、酸性地壳物质为主,地壳厚度与泊松比在近海区的构造伸展作用和褶皱区的逆冲推覆作用影响下,分别呈正、负消长关系,揭示该区不同时代和不同区域构造演化模式的差异.

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。

华北地区地壳厚度与泊松比研究

华北地区地壳结构和物理性质是研究华北克拉通破坏机制的重要依据.本文通过收集分布在华北克拉通区域的323个宽频带地震台记录到的2007年8月到2009年3月间发生在全球范围内6.5级到8.5级的共93个远震事件的波形资料,较完整地得到了华北及其周边区域台站下方的接收函数、地壳厚度和泊松比分布情况.研究发现:(1)华北克拉通地壳厚度大范围减薄不仅仅发生在东部,而是已经到达南北重力梯度带附近;(2)在鄂尔多斯的周边裂谷盆地,地壳也出现了减薄现象;周边裂谷区的泊松比大于鄂尔多斯内部,局部区域的泊松比高达0.3左右;(3)从地壳厚度和地形的相关性来看,华北地区的地壳厚度与地表地形存在着明显负相关的关系,这与艾利均衡假说相一致,可能意味着华北地区的地壳正在经历着缓慢的破坏与均衡同时进行的过程;而华北克拉通中西部和东北部则显示出明显的不均衡现象.

利用重力和地形观测反演中国及邻区地壳厚度

尝试了直接利用布格重力数据和地形数据反演计算中国及邻区的地壳厚度的方法.为减小区域不均衡性和重力反演中的不唯一性的影响,本方法利用地表地形起伏修正传统反演方法中的参考深度,并经过多次的迭代使得反演结果逼近真实值.在此基础上,绘制了中国及邻区1°×1°网格的地壳厚度图,对中国及邻区的布格重力异常和莫霍界面的起伏数据进行了相关性分析,其相关性系数为-0.993.其地形起伏与莫霍界面的起伏之间也呈现出了海、陆不同的线性相关,其相关系数分别为0.96和0.91.相关性计算结果显示,重力数据揭示的大陆和海洋的交界大致为水下800m.为了探讨地球曲率对该算法可能的影响,还分别计算了分区反演以及整体区域反演两种模式,研究发现两者得到的地壳厚度偏差在5km以内,并分析了可能产生偏差的原因.比较本文结果与地震测深及其它研究结果表明,独立使用布格重力异常和地形数据,能较为可靠地反演出中国及邻区地壳厚度.

深反射地震数据揭示的拉萨地体北部到羌塘地体南部地壳厚度的变化

由多个地体拼接而成的青藏高原,有着世界上最厚的地壳。在高原中部,从拉萨地体到羌塘地体,穿过班公湖—怒江缝合带(BNS)的地壳厚度变化长期存在争议。本文主要论述从拉萨地体北端横跨BNS到达羌塘地体的深地震反射剖面探测的结果。探测发现了清晰的Moho反射,揭示了拉萨地体—羌塘地体Moho深度和地壳厚度的变化。探测结果表明,在BNS下方Moho深度由南至北出现了6.2 km的急剧减小,并且与BNS向北28 km处的羌塘地体南部比较,地壳厚度变浅了12.5 km。否定了前人对BNS下方Moho存在20 km显著变化的认识。

利用接收函数研究河北及邻区地壳厚度与泊松比分布特征

本文收集了河北及邻区174个宽频带地震仪2007年1月至2011年12月记录到的全球范围内体波震级6.0以上、共488个远震波形资料。利用H-k叠加搜索方法得到河北及邻区143个台站下方接收函数、地壳厚度和泊松比值分布特征。结果表明,河北及邻区地壳厚度具有明显的分块特征并与区域构造背景有较好的相关性,泊松比值在0.25上下变化,与全球的泊松比估计值相当。河北及邻区地壳厚度以太行山山脉为界呈现出东薄西厚的特征并与地表地形起伏呈正相关;山西地震带南北地壳厚度存在明显差异,大同、宁武及安泽盆地地区泊松比值超过0.3;张—渤地震带的地壳厚度自东向西逐渐增厚,泊松比值则表现为相对较强的横向变化。华北平原带的薄地壳和低泊松比值特征可能与华北克拉通拆沉作用相关联。

用远震接收函数研究山西地区地壳厚度变化：“晋中坡折带＂及其地质意义探讨

利用山西数字地震台网中心6年的远震数据计算接收函数并进行H-k搜索,以获得台站下方的地壳厚度.结果表明,山西地区在平遥盆地北缘的文水晋中一线,地壳厚度存在北厚南薄差异变化的坡折带,称之为"晋中坡折带".该带呈NEE向延伸,其南部地区地壳厚度37～40 km,北部地区厚41～45 km.本文分析认为,该坡折带代表早前寒武纪基底构造,是华北克拉通内部的重要构造边界.山西地区基底构造保存完好,地壳厚度未明显减薄.

辽东台隆、燕山带和兴蒙造山带台站下方地壳厚度和平均波速比(V_P/V_S)的横向变化及其构造意义

本文研究采用接收函数H_K方法获得了辽东台隆、燕山带和兴蒙造山带台站下方的地壳厚度和平均波速比(V_P/V_S).结果显示,研究区域三个构造区地壳平均厚度略有差别,分别为32、33 km和35 km,但横向变化特征各异.辽东台隆地壳中间厚两端薄,燕山带地壳厚度的变化相对平缓,而在兴蒙造山带内,以索伦缝合带为界地壳呈由东南向西北增厚趋势,并在缝合带附近变化迅速.V_P/V_S比值在整个研究地区也表现出显著波动,特别是在燕山带波速比横向变化明显,在靠近兴蒙造山带的边界附近(大致对应于南北重力梯度带位置)明显增高;而在兴蒙造山带波速比则相对偏低,且横向变化较小.燕山带与兴蒙造山带地壳结构特征的差异表明,燕山带在中-新生代可能经历了更为强烈的后期改造.南北重力梯度带附近地壳结构的明显改变,并结合前人观测到的该处岩石圈深部结构的强烈横向变化,表明重力梯度带可能是一条岩石圈尺度的大型陆内构造边界带,其两侧地区可能经历了不同的显生宙岩石圈演化过程.兴蒙造山带(索伦缝合带附近)以及辽东台隆地壳厚度的变化与地形相对应,而其波速比值也相对稳定,这可能反映了两个区域各自受到的地壳改造横向差异性相对较小,结构和成分相对均匀.

基于GEOROC大数据分析地壳厚度地球化学指标

前人研究认为,火山岩中部分地球化学指标与岩浆弧地壳厚度之间存在一定的相关性,并通过统计主量元素K2O、Ca O和Na2O指标及微量元素Ce/Y、Sm/Yb、Dy/Yb、Sr/Y、La/Yb指标与地壳厚度之间关系,约束地质史上某些区域的地壳厚度发展和变化。本文基于GEOROC数据库,以Si O2含量57%和火山岩年龄23Ma为界,将全球火山岩数据分成年轻-壳源(> 57%,<23Ma)、年轻-幔源(<57%,<23Ma)、古老-壳源(> 57%,> 23Ma)和古老-幔源(<57%,> 23Ma)四个数据集,并通过核函数估计方法获得了各个地球化学指标与地壳厚度的归一化联合概率密度分布图。本文统计结果表明,年轻-幔源火山岩中的K2O含量分布与壳源火山岩呈现指数正相关关系、Ca O含量分布于地壳厚度呈现线性负相关关系,年轻-壳源火山岩中Ce/Y、La/Yb和Sm/Yb与现今地壳厚度有指数正相关关系。由以上5种地化指标建立的回归方程确定系数R2均大于0. 7,可以认为相关关系显著。本文认为幔源岩浆在穿透地壳到达地表过程中,地壳厚度控制了富K壳源物质进入地幔熔体和富Ca矿物结晶分异过程,导致了火山岩中K2O和Ca O含量的相关变化;而下地壳部分熔融形成的壳源岩浆,不同深度压力控制了残留相矿物比例,导致Ce/Y、La/Yb和Sm/Yb体现出与地壳厚度的相关性。本文建立的回归函数是基于大量数据概率密度分布的统计分析得出的,由于离群数据普遍存在,回溯历史地壳厚度变化需要大量数据统计支撑,否则难以获得可靠的结果。

华南大陆东部赣闽地区地壳厚度与泊松比研究

通过收集江西省和福建省共58个固定台站记录到的2011-01~2012-12的远震数据,利用接收函数H-κ扫描叠加方法得到台站下方平均地壳厚度和波速比估计,并通过插值得到华南大陆东部赣闽地区整体的地壳厚度变化趋势以及泊松比分布情况。结果表明,研究区地壳厚度约为28~34km,由内陆向沿海有起伏地逐渐减薄,赣南地区同福建沿海地区地壳厚度较薄,江西东部和福建西北部地壳较厚;泊松比约为0.21~0.28,由内陆向沿海逐渐增加,赣北地区泊松比值最低,低于0.23(波速比低于1.70),沿海地区泊松比较高,可达0.28(波速比为1.83)。并探讨了造成地壳厚度和泊松比变化的构造因素。

利用远震接收函数研究安徽地区地壳厚度

据安徽台网18个台站的远震波形资料,用频率域反褶积方法提取接收函数,由H-Kappa叠加方法反演得到各台站下方的地壳厚度及平均波速比.研究结果显示,安徽地区地壳厚度在空间分布上存在明显的区域特征.主要表现为：秦岭大别造山带地壳厚度较厚,如佛子岭台下方地壳厚度达38km;皖南地区地壳厚度在34km左右;皖北平原地区地壳厚度基本都在30 ～ 32km,变化较小.分析认为,安徽地区地壳厚度分布和波速比分布与安徽省地质构造背景有很好的关联性.在波速比方面,除嘉山台、宿城台和六安台之外的其他15个台站下方波速比变化不大,为1.70 ～1.75.而处在秦岭大别造山带和华北平原地块交界处的六安台和宿城台以及位于苏鲁超高压变质带西侧的郯庐带上的嘉山台,具有较高的波速比,分别为1.79、1.80和1.82.高波速比可能与台站下方深大断裂有关.

应用重力资料估算东海冲绳海槽地壳厚度

利用东海地区的重力资料 ,并参考在该地区进行的地震测深结果 ,应用线性公式估算了研究区的地壳厚度 ,分析了研究区地壳结构特征 ,根据与中国东部地球物理场、地壳结构的对比 ,指出东海大陆架地区应是中国大陆的自然延伸 .对冲绳海槽的地壳性质进行了探讨 ,指出冲绳海槽应该为东海大陆架的自然终结 .