利用体波层析成像技术研究欧亚及邻区地幔三维速度结构

根据体波层析成像技术,利用大量走时数据,做出0°～180°E,30°S～90°S范围内0～2889km深的三维速度分布图像,得到欧亚地区局部区域岩石圈及地幔的高分辨率速度结构,并从地球动力学角度出发对这些成像结果做进一步解释。

利用密集台阵近震层析成像研究云南宾川上地壳速度结构

滇西北宾川盆地是发育于红河断裂和程海断裂交汇处的晚新生代张扭断陷盆地,该区活动断裂发育且历史地震比较活跃.对宾川盆地及邻区进行高精度浅层和上地壳精细结构研究,有助于深入认识该区主要发震构造的深浅部特征.基于2017年在宾川盆地及其附近开展的为期2个月的密集台阵观测数据,我们对该区96个小震共拾取了117221条初至P波和5475条初至S波震相,并利用simul2000开展了地震重定位和体波层析成像研究.结果表明:(1)小震活动主要集中在宾川盆地东缘断裂的弧形转折部位,并在洱海南侧呈现沿北东向断裂的条带状分布现象,反映了区域上近南北向至北东向断裂是主要控震构造,其次是北西向断裂带.(2)0 km的速度分布与区域地形有很好的对应关系.山地呈现高速异常,宾川盆地呈现低速异常.从3 km至9 km,高低速分界与断层有很好的对应,并且越往深部,近南北向至北北东向的宾川盆地东缘断裂在上地壳构造的控制作用越明显.(3)上地壳层析成像结果同时揭示了宾川盆地东缘断裂的三维形态变化在空间上呈现出南北部倾角大、中部倾角缓的变化特征,可能与区域地块的旋转变形过程有关.(4)综合高精度浅层速度结构和地震重定位结果可知,区域上的近南北向至北北东向断裂正逐步取代北西向构造,成为主要的区域分界断裂和控震构造.新的研究结果为深入理解该区的主要控震构造及其深部结构特征提供了重要依据.

安徽气枪实验固定台层析成像初步结果

为探索气枪震源在探测区域性地壳结构中的应用,2015年10月10～ 20日在长江马鞍山-安庆段开展了气枪流动激发实验（安徽实验）,在20个固定点激发2973炮,中间流动激发1872炮,由周边109个固定台、700个流动台（包括11条测线）进行接收.为获取郯庐断裂带南端较为精细的地壳速度结构,本文利用安徽气枪实验中采集到的固定台数据进行初至P波震相拾取,对20个气枪源、52个台站、335个震相进行体波层析成像,验证了利用气枪震源激发进行体波层析成像的可行性,并得到了P波速度结构的初步研究结果：①利用大容量气枪震源激发可进行三维体波层析成像;②15km深度的成像结果显示出大区域高、低速异常区的清晰轮廓,即从研究区中心向外整体呈现出低-超低-低-高的分布特征,该特征与地质构造背景相关,具有显著的横向不均匀性;③秦岭-大别造山带显示出高速异常,与其深部超高压变质岩相对应,而长江中下游地区整体呈现低速异常,与其特殊的成矿背景相对应.

华北克拉通东北部的远震S波走时层析成像研究

华北克拉通是近年来我国地学界研究的热点之一.本文利用布设在华北东北部地区的华北地震科学台阵所记录的远震波形资料,用波形互相关方法拾取了9105条S波走时残差数据,进而用体波走时层析成像方法反演获得了研究区从地表至600 km深度的S波速度结构.所获得的S波层析成像结果表明,华北克拉通中部块体的山西断陷带低速异常一直从地面延伸至上地幔约300 km深处,推测该低速异常体可能与中、新生代的大同火山群的形成与活动有关.研究发现华北东部存在一高速异常体由东部渤中凹陷的地壳一直向西延伸至太行山山前断裂下方地幔转换带410 km附近,推测该高速异常体可能为太平洋板片向西俯冲在华北克拉通东部块体下方地幔过渡带内的滞留.研究结果显示华北克拉通东部的华北盆地表现为高低速相间分布,表明该地区下方的岩石圈发生了破坏,而位于华北克拉通北缘的燕山造山带显示为高速异常,表明燕山造山带下方的岩石圈没有明显的破坏迹象.

基于体波有限频层析成像的青藏高原南部和中部下方印度大陆岩石层俯冲和撕裂的三维图像

使用TIBET-31N无源地震台阵以及以前临时地震台阵记录到的远震体波数据进行了有限频层析成像反演,对青藏高原南部及中部的三维速度结构成像。在喜马拉雅和拉萨地块下方存在向北倾角40°的高速体。我们把这些高速异常区域解释为俯冲的印度大陆岩石层(ICL)。印度大陆岩石层似乎在青藏高原中部比东部向北延伸更多——沿85°E在31°N到达350km深处,而沿91°E则是在30°N到达350km深度。P波和S波低速异常区在当惹雍错裂谷、亚东—谷露裂谷和错那裂谷下方从下地壳延伸至≥180km深度,这表明青藏高原南部的裂谷可能包含了整个岩石层的变形。当惹雍错裂谷下方的异常区向下延伸到约180km,而亚东—谷露裂谷西部和错那裂谷东部的异常延伸到了超过300km的深度。亚东—谷露裂谷西部的低速区上地幔延伸至最北,并且似乎与青藏高原中部下方广阔的上地幔低速区相连。于是,北向俯冲的印度板块沿着南北走向的裂缝撕裂。这些裂缝允许或者导致的软流层上涌同青藏高原北部上地幔相类似。

甲烷震源和密集台阵观测研究粤港澳大湾区中心城区浅部P波三维速度结构

城市下方的三维速度结构是服务城市建设规划和地震灾害风险评估等的重要资料.2020年开展的粤港澳大湾区浅层结构探测实验布设了由6172个短周期台站组成的密集台阵,并利用新型甲烷绿色震源开展了63次主动源激发.本文拾取了63次甲烷震源激发在各台站记录到的16885条初至P波,采用simul2000走时反演程序首次获取了粤港澳大湾区中心城区高分辨率的地壳浅部(1.5 km深度以上)三维P波速度结构.结果表明:(1)成像结果与区域地形和浅部岩性分布有很好的相关性.断陷区呈现低V_(P),而断隆区为高V_(P)分布,分别与碎屑沉积岩、花岗岩及变质岩等相对应.(2)广从断裂、瘦狗岭断裂、珠江口断裂和白坭—沙湾断裂两侧速度均具有明显差异.其中瘦狗岭断裂的控制作用最强,使得不同深度速度分布在南北向的差异最为显著.(3)跨断层速度剖面分布特征显示区域断裂控制着沉积层的展布和基底埋藏深度.本文研究表明,将新型绿色震源和密集台阵相结合是探测城市承载体下方速度结构和断层系统的有效方法,具备较强推广价值.

东亚地幔流动速度研究

用高分辨率地震体波速度成像以及相关的地球物理资料,计算地幔垂直和切向流动形式及流动速度,得到东亚及西太平洋大体分为3个区域物质流动大致方式:东亚边缘裂谷系和西太平洋边缘海为下部会聚上部扩散的地幔上升流,尤其对于南海来说,大致勾勒出南海地区构造特征——从上到下的大体结构可能是上部呈“工”字型结构、中间为圆柱型、底部呈发散形的地幔上升流;西伯利亚地幔物质上部会聚下部扩散的“人”字型下降流;青藏高原—缅甸—印度尼西亚特提斯俯冲带上部会聚下部扩散的“人”字型地幔下降流。东亚西太平洋分为3个区域地幔对流与地表的西太平洋构造域、古亚洲构造域和特提斯构造域相吻合。东亚中部的物质在地幔深部无明显流动趋势。地幔上升流起源于核幔边界,主要表现在下地幔和上地幔下部,到上地幔顶部和地表与现代热点位置符合。地幔垂直流动速度每年1～4cm,切向速度为每年1～10cm。

全球地幔垂直流动速度研究

用高分辨率地震体波速度成像以及相关的地球物理资料，计算地幔垂直流动形式及流动速度，得到全球地幔流垂直运动模式．从全球尺度来看，地幔流基本可划分为以下几个区域：欧亚大陆-澳大利亚、北美洲-南美洲为两个大规模下降流区域，西印度洋-非洲及大西洋、中南太平洋及东太平洋为两个大规模地幔上升流区域．地幔上升流起源于核幔边界，主要表现在地幔中部和上地幔下部．地幔垂直流动速度约每年1-4cm．地幔流动对地表板块运动、海洋中脊和中隆、俯冲带和碰撞带的分布起着控制作用．地幔上升流与地表现代热点有密切关系．从东亚尺度看，地幔流大体分为三个区域：东亚边缘裂谷系和西太平洋边缘海为上升流、西伯利亚地幔深度表现为物质下降流、青藏高原-缅甸-印度尼西亚特提斯俯冲带地幔下降流，这三个区域地幔流动与地表的西太平洋构造域、亚洲构造域和特提斯构造域相吻合．勾勒出南海地区构造特征：从上到下的大体结构是上部呈“工”字型、中间为圆柱型、底部星盾形的地幔上升流．

中国边缘海及邻区地壳和上地幔速度结构特征

本文利用中国地震台网和世界地震台网1 222个地震台记录到的27 909个研究区内地震的479 707条P波到时数据和4 995个研究区外远震事件的90 530条P波到时数据,采用多波多震相地震层析成像法重建了中国边缘海及其邻近地区(10°～45°N,105°～145°E,深至1 061 km)的三维速度图像,揭示了中国边缘海及其邻近地区地壳和上地幔三维速度结构特征.