瑞利波相速度和椭圆率与远震P波联合反演蒙古中南部地壳高分辨率S波速度结构

利用蒙古中南部台阵记录的连续背景噪声数据、天然地震面波数据和远震P波波形数据,开展瑞利波相速度、椭圆率和远震P波叠加波形的联合反演,建立了蒙古中南部地壳三维S波速度模型.结果显示,蒙古中南部的瑞利波相速度及椭圆率、沉积基底深度、莫霍面深度、地壳S波速度在蒙古—鄂霍茨克缝合线和蒙古主构造线南北两侧分布均有明显差异,暗示了这两条缝合线至少为地壳级别的分界.中戈壁火山和Bus-Obo火山在地壳内相互连通,在下地壳存在大面积低速层.我们推测杭盖穹隆上地幔热物质上涌在中戈壁带地壳底部形成岩浆囊,为这两座板内火山活动提供了岩浆来源.

基于短周期密集台阵的广州—佛山地区地壳浅部三维S波速度结构研究

广州—佛山地区位于珠三角经济区的核心地带,三条区域性断裂从中交错穿过.广州—佛山地区精细的地壳浅部三维S波速度结构,对于研究区内的城市规划建设、地震灾害评估、强地面运动模拟等具有重要意义.本文利用布设于广州—佛山地区短周期密集地震台阵中的1104个台站记录到的连续波形数据,采用背景噪声互相关方法计算了台站对间的互相关函数并进一步提取到周期范围在0.1~5 s内的39488条高质量面波群速度频散曲线,然后通过基于射线追踪的面波直接反演方法计算得到了研究区内0.3~3 km深度的高分辨率三维S波速度结构.结果显示:研究区内地壳浅部S波速度横向差异显著,其中南部的珠江三角洲断陷盆地S波速度结构相对较为复杂,而北部的广花盆地内部S波速度结构则表现相对简单.研究区内的低速异常主要位于断裂附近,且大都位于断裂的下降盘.珠江三角洲内三水盆地东缘表现为马鞍状低速异常,向下最大延伸至2 km,低速体南北两侧边界与控盆断裂位置基本一致.广花盆地内部存在两个平行排列的高速异常,中间夹持一平行构造走向的低速异常,总体速度结构特征符合广花盆地为一复式向斜的地质构造背景.低速异常向下延伸至1.4 km深度处,可能指示了卷入向斜地层的最大埋深.沿广州—从化断裂发育条带状低速异常,与沿断裂形成的沉积地层有关.条带状异常在浅部分为两段,表明广州—从化断裂在历史上可能具有分段活动性.玉带公园周围被高速异常环绕,异常向上延伸至距地表约1.3 km处,结合研究区已有资料推测该高速异常可能为早期岩浆侵入在地壳浅部的反映.

通州—三河地区沉积层高分辨率三维S波速度结构和径向各向异性

北京大都市区位于冀中凹陷与太行山隆起和燕山褶皱带的交汇区,区内被第四系松软沉积层覆盖,历史和现今的地震活动性表明,其面临潜在的巨震风险.地震风险评估和强地面运动模拟依赖准确的沉积层三维S波速度模型.本文基于布设在通州—三河地区前所未有的密集台阵数据,构建了该区域高分辨率三维S波速度结构和径向各向异性模型.首先将919个台站组成的密集台阵划分为若干子台阵,利用修正的背景噪声聚束分析方法,提取各个子台阵的Love波频散曲线,通过深度反演构建了通州—三河地区三维SH波速度模型.结合由基阶和一阶Rayleigh波模式反演构建的三维SV波速度模型,获得了台阵下方的径向各向异性模型.模型显示,大兴断裂在穿过牛堡屯之后,继续向北东向延伸约20 km.大兴凸起以大兴断裂为界,表现出明显不同的构造特征和沉积过程.断裂的北西侧第四系沉积层较浅,推测约为100~400 m;断裂的南东侧第四系沉积层厚度横向变化较大,发育夏垫凹陷和甘棠凹陷.沉积盆地径向各向异性的幅度可达±20%,地表约0~60 m范围有一较强的负径向各向异性(VSH<VSV)覆盖层,推测与该地区垂直地裂缝发育有关.正的径向各向异性(VSH>VSV)是沉积作用造成的水平层序排列的沉积分层的反映.

基于背景噪声反演华南块体岩石圈三维S波速度结构

利用背景噪声方法,对布设在华南块体及其周边区域数个流动地震台阵中共704个地震台站的连续数据进行分析,反演得到华南岩石圈的三维S波速度结构。结果表明,地表附近S波速度结构与华南块体的地表构造高度相关,低速异常区集中在四川盆地和江汉盆地等沉积层较厚的区域。江南造山带的中上地壳呈现明显的高速异常,该高速异常即为华夏块体与扬子块体的分界区域。华夏块体中地壳低速异常区与该区域广泛分布的中生代花岗岩对应较好。华南上地幔岩石圈的东部与西部存在显著的速度差异,西部呈现显著的高速异常,反映西部四川盆地底部稳固的克拉通结构;上地幔的低速异常揭示华南东部岩石圈因太平洋板块俯冲的影响而明显减薄(<70km)。推测华夏块体以琼州海峡为中心的上地幔显著低速区可能对应海南地幔柱的热物质上涌。

背景噪声频率-贝塞尔变换法研究厦门岛浅层S波速度结构

为获取厦门岛浅层三维速度结构,本文使用福建省地震局于2019年布设的50个流动地震台站组成的密集台阵所记录到的垂向分量波形数据,计算背景噪声互相关,利用频率-贝塞尔变换(F-J)法提取子台阵的瑞利波相速度频散曲线进行反演,获取子台阵下方一维S波速度结构,并通过插值得到厦门岛4 km以内的三维S波速度模型.结果表明,整体上厦门岛S波速度随深度增加呈现递增趋势,在近地表处的横向不均匀性显著.0~1 km深度的S波速度大体上呈现“北高南低”的特征,与岩性分布有较好的对应关系.随着深度的递增,高低速特征分布逐渐呈现为连续性较好,近北东向展布的条带状.结合前人研究结果,本文推测这一现象与厦门岛岩层在不同时期受到挤压和拉张作用形成的褶皱和断裂相关,反映了厦门岛所经历的多次构造变动和岩浆侵入事件.垂向剖面的速度差明显区与研究区断裂带位置具有一定的对应关系.研究结果可为厦门岛的构造演化研究和地质灾害评估提供新的科学依据.

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。

青藏高原东北缘—鄂尔多斯地块地壳上地幔S波速度结构

1999～2 0 0 0年从青海玛沁到陕西榆林,横跨青藏高原东北缘和鄂尔多斯布设了一条由4 7台宽频带数字地震仪组成的长约10 0 0km的流动地震台阵观测剖面.利用记录到的远震体波波形资料和接收函数方法获得了剖面下0～10 0km深度的地壳和上地幔S波速度结构.结果表明,沿观测剖面地壳结构显示了明显的分块特征;地壳厚度自东向西由4 0km增加到6 4km左右;在海原地震带下方和西秦岭断裂以西到日月山断裂之间的区域Moho间断面结构复杂;在192 0年海原震区及其西侧,上地壳存在明显的低速层,在该地区的绝大部分地震分布在该低速层东边界偏向高速区一侧;祁连山东缘Moho面有约4km的深度间断,壳内向西逐渐减薄的低速层内有大量微震发生,沿祁连山的逆冲加走滑的构造运动在深度上已经穿透了Moho面;在玛沁断裂和日月山断裂之间,上地壳存在厚度很大的低速层,同时该区域下地壳也明显加厚.研究结果表明,青藏高原东北缘与鄂尔多斯地块之间的过渡带地壳变形强烈,地壳结构较为破碎,这与该地区地震频发相一致.

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.

云南数字地震台站下方的S波速度结构研究

通过对云南数字地震台站的宽频带远震接收函数反演 ,获得了云南地区数字地震台站下方 0— 1 0 0km深度范围的S波速度结构 .结果表明 ,云南地区地壳厚度变化剧烈 ,中甸、丽江等西北部地区 ,地壳厚度达 62km左右 ,景洪、思茅和沧源等南部地区 ,地壳厚度仅为32— 34km .厚地壳从西北部向东南方向伸展 ,厚度和范围逐渐减小 ,至通海一带地壳厚度减为 42km ,其形态和范围与小江断裂和元江断裂围成的川滇菱形块体相一致 .地壳厚度较小的东、南部地区Moho面速度界面明显 ;在地壳厚度较大或变化剧烈的地区 ,Moho面大多表现为S波速度的高梯度带 .云南地区S波速度结构具有很强的横向不均匀性 .1 0km深度以上 ,北部地区S波速度明显低于南部地区 ,在 1 0— 2 0km深度范围内 ,北部地区的S波速度比南部地区高 .地壳内部S波速度界面的连续性较差 ,低速层的深度和范围不一 ,近一半的台站下方不存在明显的低速层 .受南部地区上地幔的影响 ,40— 50km深度范围内 ,S波速度南部高、北部低 ,高速区随深度增加逐渐向北推移 ,低速异常区形态与川滇菱形块体的形态趋向一致 .70— 80km深度的上地幔速度分布与云南地区大震分布具有一定的相关性 .

利用Rayleigh波相速度和群速度联合反演青藏高原东北缘S波速度结构

利用青藏高原东北缘地区固定和流动地震台网2007年8月到2012年1月期间记录的远震波形,运用小波变换频时分析方法分别测定了1216和653条周期从15到140s的台站间基阶Rayleigh相速度和群速度频散曲线.通过对上述频散进行反演,重构了青藏高原东北缘分辨率高达0.5°×0.5°的2-D相速度和群速度分布图.然后通过对所提取到的每个格网点Rayleigh波相速度和群速度频散进行联合反演,得到了研究区下方一维S波速度结构.最后通过线性插值,得到了青藏高原东北缘下方地壳上地幔三维S波结构.结果表明,印度板块向北俯冲已经达到班公—怒江缝合带附近;在柴达木盆地北部祁连山下面我们发现了亚洲板块,且其没有表现出明显的向南俯冲的迹象;在两大板块中间,我们观测到延伸到250km深度的低速异常,该低速异常可能是地幔物质底辟上涌现象造成的.

中国东北地区地壳上地幔三维S波速度结构

收集了中国东北地区159个固定地震台2011年1月至2012年6月和27个流动地震台2011年1月至2011年6月间的垂向连续记录,根据噪声成像方法得到研究区（105°E—135°E,39°N—52°N）较短周期（8∽30 s）的瑞雷波群速度和相速度频散资料,再结合该区已有的天然地震长周期瑞雷波（36∽145 s）的群速度频散资料,我们反演得到了中国东北地区200 km以浅深度范围内的三维壳幔S波速度结构,并得到了该区的岩石圈厚度分布图.结果表明：研究区中、下地壳S波速度结构的横向分布,在重力梯度带两侧有很大的不同,以东地区显示为大范围的高速,以西地区则呈现为大面积的低速;松辽盆地下方岩石圈地幔表现为显著的高速,岩石圈地幔底界面深度可能在90∽100 km,薄的岩石圈盖层暗示东北地区的岩石圈可能发生了减薄;郯庐大断裂下方呈现出大范围的比较显著的低速特征,断裂下方上地幔顶部可能有热物质活动.

福建地区地壳上地幔S波速度结构与泊松比

利用在福建地区布置的12个宽频带数字地震流动台站和8个固定台站记录的远震P波波形数据进行接收函数计算,运用H-k搜索叠加方法得到了研究区的平均地壳厚度H与波速比k(=VP/VS),并运用接收函数反演方法得到了0～80km范围内的地壳和上地幔S波速度结构。H-k叠加结果表明,福建地区地壳厚度在28.4～32.8km范围内,从内陆到沿海变薄,从南到北变厚;沿着NW—SE方向,泊松比分布有分带特征,沿海地区泊松比高于内陆地区;同时表明,该地区地壳可分为上、中、下地壳,地壳结构横向差异较明显,多个台站下方可发现壳内低速层,沿海地区上地幔顶部平均速度相对低,可能暗示了深部存在热异常区域。

云南壳幔S波速度结构与强震的构造背景

本文选取云南及周边65个台站记录到的47个地震事件,利用相匹配滤波技术分离出了基阶Rayleigh面波信号.选取与震中处于同一大圆弧上的两个台站,利用双台格林函数法获取了台间相速度频散,频散的周期范围在10～80 s之间.从2000个波形记录中提取了152个台站对之间的相速度频散,最后,利用台间的相速度频散反演得到云南地区0～200km深度范围内的S波速度结构.结果表明:云南地区地壳厚度整体上呈南北向变化趋势,从南部的30 km变化到北部的60 km.在局部地区Moho面呈现出隆起和凹陷,基本上呈"一隆两凹"的特征.另外,滇西地区大致以红河断裂为界,其两侧的岩石圈结构存在明显的差异.西侧从70 km深处开始,滇缅泰块体上的保山、畹町、沧源、思茅一带大范围内均为低速区,并且一直延伸到120 km深处.而红河断裂东侧的滇中块体,只有在康滇古隆起区存在上地幔低速区,其余大部分地区上地幔S波速度在4.4～4.6 km/s之间.

青藏高原及其邻区地壳上地幔S波速度结构

利用CDSN、IRIS、GEOSCOPE等台网 33个数字台站及部分数字流动台的长周期面波资料 ,采用改进的Occam网格反演方法 ,在获得中国大陆及其邻近区域 (5°～ 5 5°N ,6 8°～ 15 0°E) 1°× 1°的 7～ 184s周期Rayleigh波群速度频散的基础上 ,进一步反演青藏高原及邻区 (2 0°～ 40°N ,75°～ 10 5°E)内每个经纬度节点介质的S波速度结构 ,获得了 0～ 42 0km深度地壳上地幔的三维速度分布。研究结果显示 :青藏高原不但具有厚壳 (6 0～ 70km)和厚岩石圈 (超过 2 0 0km) ,而且高原深部结构和速度分布存在明显的横向变化和分区特征。

利用SPAC法估算地壳S波速度结构

S波速度结构能够反映地球介质的物性差异，是地壳内低速区结构特征判别的重要依据．本文尝试利用空间自相关法（SPAC法）从地震台站微动信号的垂直分量中提取瑞利波相速度频散曲线，通过对频散曲线的反演获得地下介质的S波速度结构．以国家数字测震台网8个宽频带地震台站的实测微动数据为例，采用SPAC方法获得了首都圈地区北京附近约30km深度范围内的一维S波速度结构．结果表明，该区结晶基底埋深较浅约2km；分别在5～8km和12～16km深处发育S波低速层；8km和20km处是S波速度差异较大的速度分界面．这一结果与以往地震学及人工地震探测结果较为吻合，表明SPAC法估算地壳s波速度结构是可行、有效的．

根据接收函数反演得到的首都圈地壳上地幔三维S波速度结构

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33个宽频带台站的远震数据,采用接收函数非线性反演方法得到其中72个宽频带台站下方60 km深度范围内的S波速度结构.根据得到的各台站下方地壳上地幔的S波速度结构,并综合刘启元等(1997)用接收函数非线性反演方法得到的延怀盆地15个宽频带流动台站下方的地壳上地幔S波速度结构模型,给出了39°N-41°N ,114°E-7.19. 5°E区域内沿不同走向、不同深度S波速度分布.由于综合了利用首都圈数字地震台网的宽频带台站以及流动地震台阵的观测数据,本文给出了较前人同类研究空间分辨率更好的结果.结果表明:(1)研究区的速度结构,特别是怀来以东的速度结构十分复杂.在10-20 km深度范围内,研究区地壳具有高速和低速异常块体的交错结构.研究区中上地壳速度结构主要被与张渤地震带大体重合的NW向高速条带和穿越唐山大震区的NE向高速条带所控制,而其中下地壳的速度结构主要为延怀一三河一唐山地区上地幔隆起所控制.(2)研究区内存在若干壳内S波低速体,它们主要分布在唐山,三河及延怀盆地等地区.在这些地区,壳内低速体伴随着壳幔界面的隆起和上地幔顶部速度结构的横向变化.(3)地表断层分布与地壳速度结构分区有较好的相关性,表明断层对不同块体有明显的控制作用.其中,宝坻断裂,香河断裂和唐山断裂均为超壳断裂.(4)首都圈内大地震的分布与壳内低速体及上地幔顶部的速度结构有密切关系.对于唐山大地震的成因,仅考虑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人造成的热效应.

新疆天山地区壳幔S波速度结构特征及变形分析

天山地区地质构造复杂,地震活动频繁,其壳幔变形和深部结构一直受到学者们的高度关注.然而,由于天山地区地震台站资料较少,致使壳幔变形研究结果与解释存在诸多争议.本研究利用在天山地区(40°N—46°N,78°E—92°E)新布设的11个流动宽频带地震台站和该地区39个固定台站的观测资料,采用接收函数与面波联合反演方法,获得了研究区地壳厚度及壳幔S波速度结构.反演结果显示天山地区(41.5°N—44°N,78°E—88°E)平均地壳厚度为56km,塔里木盆地(40°N—41.5°N,79°E—90°E)、准噶尔盆地(44°N—46°N,82°E—90°E)和吐鲁番盆地(42°N—43°N,88°E—90°E)具有较厚的沉积层,地壳平均厚度为43.km、53.km和46km,整体表现为天山厚、盆地相对较薄的特征;在研究区南天山的最高峰(42°N,80.5°E)及北天山的最高峰(43.5°N,86°E)附近,中下地壳存在较厚的低速层,我们认为在强烈挤压作用下低速、低强度的中下地壳强烈变形可能是导致该区域快速隆升的主要原因.在研究区中部,位于塔里木盆地与准噶尔盆地之间的天山地区,中下地壳及上地幔均存在低速层,且盆地莫霍面向天山倾斜明显.结合前人的研究成果推测,在南北向构造挤压应力作用下,塔里木盆地与准噶尔盆地发生了向天山造山带方向的双向壳幔层间插入俯冲.在研究区东部,塔里木盆地东北缘与天山东部接触带的地壳内没有明显的低速层,推测应处在早期挤压变形状态,该区域的壳幔边界为缓变的速度梯度带,可能与上地幔热物质侵入或渗透有关.

天然地震频率范围内首都圈地区近地表S波速度结构

近地表沉积层的S速度结构是强地面震动模拟和地震灾害估计的重要参数,尤其是浅部的S波速度结构在工程上具有重要的应用意义.目前大部分资料来源于工程钻孔或工程地震探测,很少有地震波频率范围内的S波速度结构,或者深度达数百米的S波速度结构.通过对天然地震的井下摆波形记录的分析,提供了一种测量地震波频率范围深达数百米的S波速度的有效方法.收集了首都圈地区44个井下摆的近震记录,利用广义射线方法确认了直达S波及其在地表的反射波震相,并通过测量不同台站上两个震相的到时差,获得了首都圈地区浅层100—500m深度范围的S波速度结构.研究发现,浅部100m的平均S波速度低于300m/s.当深度增加到500m时S波速增加到800m/s,平均速度梯度为0.8(m/s)/m.研究结果表明,井下摆地震记录波形是研究沉积盆地浅层S波结构的重要资料,将为沉积盆地的强地面震动模拟提供重要基础参数.

利用接收函数反演青藏高原西部地壳S波速度结构

相对于宽阔的腹地,青藏高原西部南北向宽度仅约600km,却记录了印度和欧亚板块汇聚的深部过程及其响应.本文用22台宽频带流动地震台站在西缘构建了一条南北向探测剖面（～80°E,TW-80试验）.利用接收函数反演剖面下方S波速度结构,综合西部已有的宽频带探测结果,分析认为：印度板块向北俯冲可能已到达班公湖—怒江缝合带附近,俯冲过程中下地壳发生榴辉岩化;喀拉昆仑断裂带、班公湖—怒江缝合带、阿尔金断裂带均为切穿地壳的深断裂,莫霍面发生错断;喀拉昆仑断裂带和龙木错断裂带之间的中上地壳没有发现连续的S波低速体,说明可能缺乏解耦层,支持青藏高原西部地壳为整体缩短增厚模式.

上地幔三维S波速度结构与大别苏鲁超高压变质带俯冲折返机制探讨

本文分析了中国东部的上地幔剪切波速度结构及其与超高压变质岩带之间关系的构造意义。结果表明,在华北块体下面150km深处的速度高于扬子块体的速度值。大别-苏鲁造山构造带下面存在着一条地震波速度变化带。苏鲁、山东半岛下面的速度分布与大别造山带下面的速度分布处于同一个速度等值区域上。横跨大别造山带的南北走向速度结构剖面上,在100km以上的地壳和上地幔区域,华北块体下与扬子块体下面的速度均略低平均值。100km以下,大别造山带南北两侧的扬子与华北块体下面的速度结构分布形态大相径庭。华北下面的波速高于扬子块体下面的波速。大别造山带下呈现速度异常,界线的南侧,有一个略低于零速度的负波速异常区,呈现由南向华北块体的下方斜冲形态,下冲角度大约为30°,其先端部位下冲深达300多公里,其外围零速度等值线的分布区,斜向下延伸超过400km。在速度结构变化分界线的北侧,一个零速度值的分布区带,呈现出从由100多公里深处从北向南朝地表面斜上冲形态。这些速度结构成像的几何形态可能意味着200Ma前大别超高压变质岩带的形成与演化的俯冲、折返的构造运动在上地幔和岩石圈中留下的“痕迹”。