利用接收函数方法研究蒙古中南部地区地壳结构

2011年8月至2013年7月中国地震局地球物理研究所与蒙古科学院天文与地球物理研究中心在蒙古中南部区域布设了宽频带流动地震台阵,这为开展远东地区深部结构的精细探测提供了有利的数据基础.利用台阵记录的远震地震事件,采用P波接收函数的H——(-κ)叠加分析和共转换点(CCP)叠加方法获得了台站下方的地壳厚度及平均波速比.结果显示研究区的地壳厚度介于39 km至45 km之间.整体上Moho面埋深从西北往东南方向逐渐变浅.在蒙古主线性构造两侧地壳厚度呈现区域性变化特征,东南部地区地壳厚度较薄,约为39 km,而西北部地区地壳较厚,达45 km,为此推测蒙古主构造线可能是地壳的一个陡变带.此外,研究地区地壳的平均波速比值(V_p/V_s)在1.70到1.79之间,均值为1.75,低于全球大陆的平均值1.78,这可能暗示着该区其地壳是缺少铁镁质的.研究还发现测线的西北与东南地区其地壳波速比值较高,推测是古生代铁镁质地壳的残留或是新生代岩浆底侵的反映.

蒙古中南部地区噪声层析成像

依托中蒙国际合作项目＂远东地区地磁场、重力场及深部构造观测与模型研究＂,我们首次获取了蒙古中南部地区密集的地震台阵观测资料.本研究收集了69套宽频带台站2011年8月至2013年7月间的垂直向连续记录,利用噪声互相关方法计算了台站间的经验格林函数,并采用基于连续小波变换的频时分析方法,提取了1478条周期6~30s的瑞雷波的相速度频散曲线.利用Ditmar＆Yanovskaya方法,我们构建了研究区6~30s瑞雷波的高分辨率（0.5°×0.5°）相速度分布图.结果表明,蒙古中南部地区的地壳上地幔速度结构存在横向非均匀性,但并不显著（相对变化~±2%）.短周期（如6s）的相速度分布与地表地质构造具有明显的相关性,具体来说,北部山盆显示为高速,南部盆地、戈壁滩均显示为低速;随着周期的增大（如15s,20s）,地形的控制作用相对减弱.较长周期（30s）的相速度分布图上,南部的高速区进一步扩大,与南部地壳厚度较薄有关.蒙古主构造线南北两侧相速度分布有明显差异,暗示它不仅是地表地形和构造的分界线,而且还是地壳结构的分界线.从6~30s中戈壁一直显示为低速,可能与该区新生代火山活动有关;研究区北部杭爱山—肯特盆地一直显示为相对的高速,与该区具有较老、稳定的地层有关.

蒙古中南部地区地壳各向异性及其动力学意义

利用蒙古中南部地区布设的69套宽频带数字地震仪2011年8月—2013年7月记录的远震事件,使用时间域反褶积方法提取接收函数,并挑选高质量Pms震相,通过改进的剪切波分裂方法对研究区地壳各向异性参数进行了研究,最终获取了1473对各向异性参数.经过统计分析,有48个台站可以归纳出两个方向的各向异性,11台站得到单个方向的各向异性,而剩余10个台站各向异性方向比较发散.结果显示,各向异性在蒙古中南部地壳中呈不均匀分布,有54个台站得到了NE-SW向各向异性,快波偏振方向平均值为N58°E±16°,与最大水平主应力σHmax方向和区域内主要断层走向一致,说明这部分地壳各向异性的主要成因存在于上地壳,可能与流体填充的微裂隙有关.而NW-SE向各向异性在53个台站被观测到,各向异性方向变化范围平均N132°E±16°,与研究区大部分SKS分裂快波方向具有较好的一致性,说明下地壳成岩矿物晶体定向排列是各向异性的主要成因.研究区地壳各向异性的分层特征总体上支持岩石圈受到NE-SW向挤压的动力学模型.

蒙古中南部地区面波相速度层析成像

本文采用小波变换频时分析技术提取了1893条蒙古中南部地区双台间基阶Rayleigh波相速度频散曲线,通过对提取到的相速度频散进行二维反演,首次重构了蒙古高原中南部10-80s周期内分辨率为0.5°×0.5°的相速度分布图.结果表明,短周期相速度频散（10-20s）明显受地表地形控制,表现为杭爱—肯特山盆地为相对高速异常,而南部的戈壁带表现为相对低速异常;在30s到60s周期内,南部的戈壁带和北部的杭爱—肯特山盆地都显示出稳定的高速异常,而中部戈壁带则表现为低速异常.该低速异常区与新生代火山岩出露位置的一致性,暗示该低速异常可能与新生代火山活动有关.穿过蒙古高原中部的两条主要断裂带与研究区内的地震波速度分布具有很好的一致性,可能暗示两条断裂带一直延伸到整个岩石圈.此外,蒙古中南部地区的壳幔速度低于全球平均大陆值,且其相速度频散曲线与遭受破坏的克拉通,尤其大陆裂谷很相似,可能暗示着研究区具有薄的、活跃的岩石圈构造.

中蒙弧地区地震活动性及其地球动力学成因研究

应用中国地震局地球物理研究所和蒙古科学院天体和地球物理研究中心合作编制的蒙古国及邻区M≥3.5的地震目录,研究了中蒙弧地区的地震活动性特征.结果表明,与中国大陆的"南北地震带"相对应,研究区地震总体分布大致以107°E为界,呈现西强东弱的特点,7级以上的强震集中于贝加尔湖、萨彦、阿尔泰以及天山地区,107°E以东,除纬度40°线附近(燕山地震带)地震较集中且强度大之外,其它地区地震稀少,强度也低.通过断层的野外调查和本地区震源机制解,进一步研究了该地区地震活动性特征的构造应力场及地球动力学成因.研究区大部份地震都是走滑型断层活动的地震.逆断层活动的地震主要分布于中国的天山地区和中蒙边境一带的阿尔泰山地区,正断层活动的地震主要分布于俄罗斯的贝加尔湖裂谷带,走滑兼倾滑断层活动的地震主要分布在研究区域的西部地区.研究区域内的大部份地区主压应力轴(P)的倾角都小于30°,为水平或近水平的构造应力场,自西向东主压应力轴的走向从近南一北方向逐渐转为北东一南西方向.断层的野外调查、震源机制解和区域构造应力场的方向表明,中蒙弧地区主要来自西南面的印度洋板块向北偏东方向的碰撞挤压,通过青藏高原传递到本区,来自东面太平洋板块的影响已较微弱,这是研究区地震活动西强东弱、8级以上强震都发生在西部的主要原因.

蒙古中南部地区地震各向异性及地球动力学意义

布设在蒙古中南部地区的69个宽频带流动台站为期两年的观测资料为我们研究该区域各向异性形成机制提供了很好的机会。使用远震SKS分裂方法测量得到的绝大多数各向异性快波方向为北西—南东向,并且具有很大的延迟时间(其中6个台站大于2.0s)。我们认为这种各向异性应该与软流圈流动有关。而局部区域快波方向的改变可能与软流圈流动受西伯利亚克拉通岩石层根的阻挡发生偏折有关。戈壁沙漠地区观测到的各向异性延迟时间比较小,快波方向为北东—南西向,与该区域主要断层和构造走向平行,我们认为这可能是岩石层变形的反映。此外,在肯特山南部观测到了大量无效分裂结果,推测该区域存在小尺度地幔上涌。