基于接收函数法的阿拉斯加中南部地幔转换带特征研究

太平洋板块向北美板块俯冲,在北美洲阿拉斯加大陆边缘形成了碰撞造山带和俯冲构造带,前人对该区域阿拉斯加俯冲带地幔转换带的研究存在分歧,一种观点认为太平洋板块俯冲至阿拉斯加中南部下方的地幔转换带内部,引起地幔转换带增厚,另一种观点则认为地幔转换带增厚是由于库拉板块残留造成的。因此,研究阿拉斯加俯冲带区域地幔转换带的精确成像对于厘清太平洋板块俯冲机制和俯冲过程具有重要意义。本文利用美国地震联合学会(IRIS)在阿拉斯加区域布设的USArray部分固定台站接收到远震事件的波形资料,采用天然地震P波接收函数与共转换点道集叠加的方法,反演得到了阿拉斯加山脉和育空高原410 km、660 km间断面和地幔转换带的厚度结构。结果表明:由于太平洋板块俯冲至地幔转换带内部,使得410 km间断面在阿拉斯加山脉东部和育空高原与阿拉斯加山脉交界处的弧形区域出现了抬升现象,抬升幅度为0~20 km,进而导致在该区域出现不同程度的地幔转换带增厚的现象,验证了第一种观点。另外,该地区地幔转换带结构显示,660 km间断面在阿拉斯加山脉东部以及阿拉斯加山脉与育空高原交界的东部出现下沉现象,故此推测阿拉斯加中南部部分区域太平洋板块已经俯冲至地幔转换带底部。

基于短周期密集台阵接收函数揭示的藏南错那洞穹窿地壳结构

位于印度-欧亚板块碰撞前缘的北喜马拉雅构造带,是研究陆陆碰撞过程中地壳增厚和深部岩浆活动的典型区域之一。北喜马拉雅穹窿带作为其中重要的伸展构造,其形成过程与造山运动引起的地壳增厚以及地壳深熔作用引起的地壳流动密切相关。本文以近年新发现的错那洞穹窿为例,利用短周期密集台阵观测,通过远震P波接收函数共转换叠加成像方法获取了错那洞穹窿区域地壳结构。结果表明:错那洞穹窿区域的地壳结构在东西方向上存在差异,壳内速度间断面存在多处不连续现象,局部区域甚至发生界面错断;而在错那裂谷和错那洞穹窿中、上地壳内存在低速区。综合前人研究,本文认为印度-欧亚板块持续碰撞使喜马拉雅东南缘岩石圈经历过地壳尺度拉伸变形。在地壳增厚及持续的高温变质作用下,中、上地壳随藏南拆离系伸展减压发生部分熔融,而熔融岩浆沿着藏南拆离系薄弱处不断上涌并在错那洞穹窿下方聚集,并使错那洞穹窿及错那裂谷中、上地壳弱化,促进区域东西向伸展,进而发生岩浆底辟形成错那洞穹窿。

利用近震Sp转换波到时和远震接收函数P波峰值延迟研究华北盆地浅部结构

收集2017—2020年中国地震科学探测台阵在华北地区布设观测宽频带流动地震观测台采集的高信噪比近震远震地震波形,采用远震接收函数P波峰值延迟和近震Sp转换波到时对华北沉积层厚度进行了估算.由远震接收函数P波峰值延迟,近震Sp转换波和S波到时差方法推断的华北地区沉积层厚度在6~7 km,燕山造山带区域沉积层厚度较小,结晶基底埋深一般小于1 km,华北盆地中部和东南部盆地结晶基底埋深较厚,厚度普遍大于3 km,局部厚度可达7 km.盆地内地垒式隆起区邢衡隆起有3 km厚度的沉积层,冀中坳陷、黄骅坳陷厚度6~7 km;沉积层厚度与地质构造相对应,坳陷区沉积层厚度较大,隆起区沉积层厚度较小,体现了沉积盆地内部不同二级块体的沉降差异.震相拾取误差、震源方位角和震中距对沉积厚度计算结果影响不明显;进行时深转换采用的一维速度模型准确性对计算结果存在一定影响.总体来说,远震接收函数P波峰值延迟和近震Sp转换波到时可以研究沉积层厚度,能够可靠、有效地确定沉积层厚度结构的特征,为地震风险评估提供基础信息.

长江中下游铜陵矿集区深部地壳结构——来自宽频地震P波接收函数成像的证据

铜陵矿集区位于长江中下游成矿带中部,自中生代以来经历了大规模构造变形和岩浆活动。矿集区地壳结构对于认识华南—华北板块的碰撞过程,以及长江中下游成矿带乃至整个华南中生代成矿的动力学过程都具有重要意义。本文利用26个宽频地震台站记录的49个远震事件,通过P波接收函数成像方法获取了长江中下游成矿带铜陵矿集区的地壳结构。结果显示,地壳浅部存在一个深度2~3 km的速度不连续界面,可能是浅部盖层与基底之间的分界面。在铜陵南部的蛤蟆岭地区,该界面向永村桥背斜两翼有加深趋势。铜陵地区Moho面深度约为29~32 km,横向略有变化,且有一定厚度,表明Moho面可能是速度逐渐增加的“过渡带”。地壳平均纵横波速比约为1.79,相对较高,说明该地区地壳基性成分较高。该区较薄的地壳厚度和较高的波速比,表明铜陵地区经历过地壳减薄和底侵过程。我们认为长江中下游中生代大规模岩浆作用可能与上地幔物质上涌并底侵到下地壳的过程有关。

基于热重力改正的接收函数与重力联合估计技术及福建地区的应用

接收函数与重力联合估计技术是获取台站下方地壳厚度和波速比参数的一种有效手段,重力数据的引入可改善传统接收函数H-κ叠加法在壳内多次波信号不清晰时估计不准的问题.在大地热流较高的地区,热重力扰动成为布格重力异常的不可忽略的重要组成部分,此时常规接收函数与重力联合估计技术并不适用.本文给出基于热重力改正的接收函数与重力联合估计技术,通过热重力改正削弱热异常对重力数据的影响,同时采用接收函数Ps震相与重力数据的联合约束算法,避免多次波不清晰而引入误差的问题,实现高热流背景地区地壳厚度和波速比的有效估计.模型测试验证了本文技术的有效性和稳健性,给出了启动热重力改正的阈值(-10 mGal).典型高热流背景的福建地区实际数据应用结果表明,福建地区地壳向沿海地区减薄(约28 km),闽西和闽东南地区泊松比偏高(>0.26),暗示其下方存在地壳减薄的同时伴随着幔源物质的底侵.

使用接收函数自相关约束渤海湾北部沉积层结构

地震灾后调查表明盆地对地震动有显著的放大效应.低速、松散的沉积层和下伏基岩之间的物性差异,通常被认为是导致地震破坏增加的直接原因,它会显著增加盆地内地震动的持续时间、放大地震动幅度.可靠的沉积层结构和基阶共振频率有利于估计沉积层的放大作用并评估该区地震危险性.本研究利用渤海湾地区43个流动地震台站的远震波形资料提取了P波接收函数,进一步通过接收函数自相关得到了台站下方沉积层的共振频率,并依照钻孔资料推导出的共振频率和沉积层厚度之间的经验关系,给出了研究区的沉积层厚度.研究区共振频率存在由东北向西南减小的趋势,其中研究区东北部共振频率主要介于0.30~0.77 Hz之间,对应的沉积层厚度介于120~500 m;研究区西南平原地区绝大部分台站的共振频率低于0.30 Hz,沉积层厚度介于500~1252 m.本文结果与前人采用HVSR方法给出的共振频率具有较好的一致性,通过与已有反射和钻孔资料对比研究,推测本文所给出的沉积厚度为晚第三纪-第四纪(N+Q)的沉积盖层厚度.

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。

四川盆地及邻区地壳分层结构研究——基于接收函数改进的序贯H-κ叠加方法的约束

接收函数H-κ叠加方法已被广泛应用于单个台站下方地壳结构的研究中.为探测盆地的沉积层和结晶地壳结构,一些研究提出了序贯H-κ叠加方法.但在实际应用中,往往需要人工区分存在沉积层的台站和基岩台站,分别应用序贯H-κ叠加和常规H-κ叠加方法.这种处理方式效率相对要低.为了克服这一局限性,本文对序贯H-κ叠加方法进行了一些改进,理论测试分析表明,该方法能够同时适用于单层和双层地壳模型,易于对大批量数据进行快速分析.其次,本文利用四川盆地及邻区近7年来的区域固定台站资料,以及威远地区布设的流动台网数据,基于改进的序贯H-κ叠加方法,对研究区地壳内部分层结构进行了研究.结果显示,盆地中北部地区沉积层厚度为4.6~6.7 km,平均V_(P)/V_(S)值约1.9~2.9.盆地南部一些台站下方观测到了康拉德界面,埋深约21~25 km,进而估算上地壳占整个地壳厚度的比例约56%.研究还发现,龙门山断裂带两侧地壳厚度变化明显,且断裂带南段地壳平均V_(P)/V_(S)值略高.此外,华蓥山断裂带局部地区下方呈现双Moho结构.

基于远震接收函数的宜昌地区地壳结构

通过湖北地震台网获得宜昌附近5个测震台站2020—2022年远震波形记录,采用时间域迭代反卷积方法,提取测震台站下方径向接收函数,并根据H-κ叠加方法进行反演,估算台站下方地壳厚度和平均波速比。结果显示,研究区地壳厚度呈EW向差异变化,数值为31.4—46.1 km,平均波速比为1.59—1.87。

短周期密集台阵接收函数成像方法揭示南岭中部丹霞盆地及邻区三维地壳结构

华南陆块自早新元古代扬子与华夏地块完成拼贴以来,经历了显生宙多期陆内造山事件,其岩石圈结构与动力学演化一直是地球科学研究的热点问题.近年来,在华南地区完成的一系列地球物理探测使我们对于该地区的深部结构有了更清楚的认识.然而,目前在华南陆块开展的大多数地震学研究主要依赖于固定台及部分流动台阵数据,受限于稀疏的地震台站的分布,研究获取的地壳模型仍然存在分辨率不足的问题,这制约了我们对于区域断裂构造及深部过程的理解.本研究基于在粤北丹霞盆地及其邻区布设的短周期密集台阵,采用接收函数共转换点叠加成像方法,同时分析了不同频率的接收函数结果,获取了研究区高分辨率的地壳及盆地结构模型.研究发现该地区具有较浅的莫霍面,约28~31 km,平均地壳厚度29 km,揭示其经历了强烈的伸展减薄作用.合成数据测试结果表明复杂的三维地壳结构,如地表低速沉积层,对利用接收函数研究莫霍面起伏具有不可忽略的影响.此外,通过对比合成数据与实际观测高频接收函数中的沉积层Ps转换波及多次波震相,我们发现地表低速沉积层厚度为3 km的模型最能拟合实际观测,这一结果也得到了背景噪声成像以及相关的地质调查结果的印证.我们的研究为利用短周期密集台阵方法探测小尺度沉积盆地结构提供了一个案例.

S波接收函数揭示的华南陆块岩石圈结构及构造启示

本研究利用华南陆块固定地震台站记录到的远震地震波资料,构建适合研究LAB的S波接收函数,基于接收函数波形分析和偏移成像结果对华南陆块岩石圈性质进行了研究。结果显示华南陆块下方70 km深度存在最明显且连续性相对较好的低速界面,结合其他地球物理研究成果,我们认为70 km深度低速界面反映了和软流圈上涌相关的构造事件导致的华南岩石圈大规模减薄;在华夏地块的东部较大范围探测到100~150 km深度内存在南倾的低速界面,结合区域岩石学、地球化学和地质学等研究成果,推测该现象可能表明扬子地块的岩石圈楔入到了华夏地块,是新元古代早‒中期以来,华南陆块俯冲聚合、陆内造山以及陆内构造变形等地球动力学事件留下的重要痕迹;在华夏地块中东部和江南造山带局部发现了LAB缺失区带,该现象可能与岩石圈拆沉导致的热物质上涌密切相关,可能对应了地块拼贴薄弱带。

利用接收函数研究腾冲火山区地壳结构

腾冲火山是中国规模较大的新生代火山群之一,壳内岩浆活动情况一直广受关注。为探讨腾冲火山区的深部构造特征,基于腾冲火山区(24°40'N~25°30'N,98°15'E~98°45'E)11个固定台站和1个喜马拉雅Ⅰ期流动台站记录的600多个远震波形三分量数据,提取时间域P波接收函数,利用接收函数Pms波分裂到时方差最小法计算腾冲火山区地壳各向异性参数。引入去除混响滤波器消除沉积层对接收函数的影响,采用适用于地壳各向异性介质的接收函数H-κ-c方法,计算地壳厚度、波速比和泊松比。结果显示,腾冲火山区地壳各向异性慢波延时在0.1~0.5s之间,平均延时为0.27s,该区的地壳各向异性可能主要来自中上地壳,各台站快波偏振方向以NE-SW向、近N-S向为主,与主要的断层、最大压应力方向一致。地壳厚度在35.5~39.5km之间,波速比在1.71~1.9之间,泊松比在0.24~0.308之间,该区具有高泊松比值特征。结合前人的研究结果,认为地壳泊松比最大的两个区域,即腾冲—沙坝台一带、马站—民振台一带下方可能存在岩浆囊,地热活动强烈的热海和热水塘地区,热量可能横向来自其他区域,热海台附近的热能可能来源于其东侧,热水塘台附近的热能可能来源于其东北侧和西侧。腾冲地区不同台站地壳平均泊松比的差异主要受壳内岩浆囊和火山喷发活动的影响。

利用接收函数研究青藏高原东南缘的地壳上地幔结构

本文使用位于青藏高原东南缘的25个地震台站的远震数据,采用P波和S波接收函数的方法研究了台站下方的Moho深度、泊松比以及地幔过渡带的厚度.计算结果表明:①青藏高原东南缘的地壳厚度由松潘—甘孜地体和羌塘地体的约60km,向邻区的印支地体以及扬子板块分别减薄为约38km和约42km;②羌塘地体的泊松比主要集中范围为0.25～0.28,地壳物质组分主要为中基性岩石,推测与下地壳镁铁质成分的增加有关.松潘—甘孜块体、印支块体和扬子板块的泊松比为0.25～0.26,主要为中酸性岩石组分.缺乏高的泊松比(≥0.30)分布表明青藏高原东南缘的地壳不存在广泛的部分熔融,但是不排除局部部分熔融的存在;③青藏高原东南缘的羌塘地体内存在一个比较明显的、异常变化范围为10～26km的地幔过渡带增厚区域,其对应着地幔过渡带内100℃～260℃的温度降低,可以推断与此异常区域的地幔过渡带内存在俯冲的板块有关.

接收函数方法的研究综述

从远震体波波形数据中提取的P波接收函数和S波接收函数已经成为研究台站下方地壳上地幔速度间断面的最有效的方法之一.P波接收函数已经被广泛应用于获取地壳内部S波速度结构、地壳厚度及物质成分组成、地幔过渡带的厚度变化以及岩石圈地幔的间断面等,而S波接收函数是P波接收函数的一个很好的补充,因为在Moho和地幔过渡带之间的深度范围内,Sp转换波比来自浅部间断面的多次波到达早,而在P波接收函数中,相同深度范围的间断面的Ps转换波往往被来自浅部间断面的多次波干扰或者淹没,因此S波接收函数是目前获取岩石圈地幔深度范围内速度间断面结构(如Moho和LAB)的比较有效的方法,比面波观测具有更高的分辨率.本文详细阐述了P波接收函数和S波接收函数的方法原理以及在地壳上地幔速度间断面的研究中所采用的研究思路.

基于接收函数的淮安地区地壳厚度及S波速度结构研究

利用淮安区域地震监测波形资料,有效提取P波接收函数,计算了台站下方地壳厚度并反演出S波速度结构,获取较为可靠的地下深部结构和一维速度模型。从结果来看,淮安市地壳厚度较薄,且具有较大的波速比,速度结构在上地壳内呈逐渐增大的趋势特征,结合区域地质和淮安市近年来的发震特点,认为淮安地区上地壳是区域能量释放的主要空间。

接收函数界面和波速成像研究进展与展望

地球内部界面结构、性质与成因研究是认识地球圈层结构与物理化学性质、探索板块构造及地球系统动力运行机制和过程的重要内容.接收函数是针对地球内部界面研究而提出、发展并广泛应用的一种地震学方法,目前已经成为探测地壳—上地幔、岩石圈—软流圈、地幔过渡带等分层结构、物质组成、热状态及变形行为等基本问题的有效手段.自1960年代接收函数方法提出以来,其相关研究成果涉及从理论到应用等众多方面,尤其是近20年以来计算能力与理论研究的快速推进使接收函数成像技术迈入蓬勃发展的新时期.本文简要回顾接收函数方法的发展历程,在介绍其原理基础上,分别对接收函数的反褶积提取技术、接收函数界面结构成像和波速结构成像三个方面的方法发展与应用研究进行梳理,聚焦于近20年来的最新进展、存在的问题与可能的解决思路.最后基于地震学发展趋势,从方法和应用两个角度探讨接收函数研究的未来发展方向.

用接收函数方法研究云南及其邻区地壳上地幔结构

利用云南和中国地震台网30个台站记录的远震资料,采用接收函数扫描法和线性反演方法对云南及其邻区的壳幔速度结构进行了研究,获得了研究区内地壳厚度、Vp/Vs以及壳幔速度的分布特征.利用接收函数扫描（H-k）法和线性反演方法获取的台站下方地壳厚度结果表明,研究区地壳厚度变化剧烈.速度结构研究结果表明,红河断裂以西的腾冲-保山地块和思茅地块,以及南华板块北部地区的台站（如攀枝花、丽江、东川、永胜等）下方地壳均存在下地壳低速层,且具有高的地壳平均Vp/Vs值.这些不仅暗示研究区的下地壳低速异常可能为高温甚至高温导致的部分熔融所致,同时,也意味着该区下地壳的物质易于发生塑性流动,为地壳的变形和增厚创造了条件.红河断裂带作为云南地区的一个主要边界断裂,其西侧地区地壳厚度变化较东侧剧烈,另一方面,红河断裂西侧的平均地壳Vp/Vs值较其东侧要高.综合前人关于研究区岩石圈速度结构、地热流值、重力场和上地幔各向异性等地球物理场的研究结果.我们推断,现今的思茅块体和保山-腾冲块体在大地构造上应归属于冈瓦纳板块.

山西断陷带地壳结构的接收函数研究

利用2006年8月到2008年3月北京大学在山西断陷带南部架设的两条东西向流动观测地震台阵记录的远震资料,提取各台站接收函数,然后进行倾斜叠加(Slant stack)和台阵偏移成像,获得了沿台阵横穿山西断陷带的地壳和上地幔的精细结构变化.研究结果显示,山西断陷带下面莫霍面存在明显不连续,莫霍面上隆约4～6 km,纵横波速比从两侧的1.75上升为山西断陷带内部2.0左右,且中、下地壳可能存在一个低速层.山西断陷带的构造模式沿相距140 km的两条剖面表现出明显差异:南端的临汾盆地为拉张作用下的纯剪切模式,向北转化为太原盆地的简单剪切模式.

计算台站接收函数的最大熵谱反褶积方法

提出一种在时间域采用最大熵谱反褶积提取台站接收函数的方法 ,以最大熵作为自相关函数和互相关函数的递推准则 ,利用Toeplitz方程及Levinson递推算法 ,得到预测误差滤波系数的递推公式 ,从而计算台站接收函数 .外推运算过程中 ,反射系数总是小于 1,保证了最大熵谱反褶积的稳定性 .时窗外数据熵极大提高了接收函数的分辨率 .合成地震图与实测地震图的检验表明 ,最大熵谱反褶积是一种在时间域测定台站接收函数的有效方法 .

长白山—镜泊湖火山区地壳结构接收函数研究

利用71个远震的波形资料,用接收函数方法提取了布设在长白山—镜泊湖火山区的34个宽频带流动数字地震台站的接收函数,通过对接收函数反演,获得了台站下方的S波速度结构.研究结果表明,沈阳—敦化一线莫霍面深度32～33km ,向西地壳厚度加厚,到长春附近地壳厚度约为36km .在天池火山口莫霍面深度为达38km ,而镜泊湖火山口森林的莫霍面深度约为39km .总体看研究区的地壳厚度是南浅北深.长白山天池火山口附近地下10km左右有一明显的低速层存在;镜泊湖火山口森林附近30km也可能有低速体存在;研究发现莫霍面上S波速度梯度在火山口附近和远离火山口有明显区别.在火山口附近其莫霍面的S波速度梯度比非火山口地区的S波速度梯度明显小,说明火山口下与一般的地壳莫霍面结构有差别.研究发现沈阳—敦化一线两侧的莫霍面深度有较大变化,其位置与地表的敦化—密山断裂基本一致,说明敦化—密山断裂是研究区的一条非常重要的地质构造带.