青藏高原东北缘地壳上地幔速度结构的地震层析成像研究

本文收集了甘肃、青海、宁夏、陕西和四川台网的130个台站1980-2002年间记录的3 229个区域地震(MS≥1.5)和168个远震资料,从55 024个区域地震震相中挑选出了51 210个最大走时残差为3.0s的震相,选取了2 651个远震震相。层析成像结果显示:(1)青藏高原东北缘地区下地壳存在大范围的P波速度低速异常,上地幔顶部多数地区平均P波速度为8.05km/s左右,接近于大陆下方全球的Pn波平均速度8.1km/s,使得莫霍间断面比较清晰,莫霍面反射波能量较强;(2)研究区内发生大震的震中大多位于深度图中10km的低速区、30km的高速区附近和50km的低速区附近,表明这些区带为孕震区;(3)青藏高原东北缘地区的主要断裂带均是逆冲兼走滑断裂,多数位于速度正负异常的过渡区上,且很可能是超壳断裂;(4)从张掖经海原、平凉再向南拐的弧形地带可能就是青藏高原的边缘地带;且预示着阿拉善地块有地台活化的迹象;(5)从层析成像结果中切出的二维速度扰动剖面与人工地震测深剖面吻合较好。

中国东部海域地壳-上地幔瑞利波速度结构研究

为了进一步了解中国东部沿海及相邻海域的地壳－上地幔结构特征，对该区域的构造演化历史、地震活动及深部构造等方面研究提供一些基础资料，利用３１个数字地震台记录的高质量瑞利波资料，采用一种新的混合路径频散的网格反演方法（Ｏｃｃａｍ方法），对中国东部海域瑞利波群速度横向不均匀分布进行了初步研究．根据反演得到的１０—１５０ｓ共３６个中心周期的群速度分布特征，以及几个典型地点的剪切波速度结构的深度变化，对研究区域内各构造单元的划分以及它们在速度结构和上地幔低速层埋深等方面的特征进行了讨论。

沧州地区地壳上地幔的远震P波三维速度结构成像

利用架设在沧州地区的20台流动地震台站于2006年12月至2010年7月间记录的271个远震事件,读取的2308个P波到时数据,采用地震层析成像方法反演得到沧州及其邻区(38.0°N～39.0°N,116.5°E～117.5°E)的地壳上地幔P波三维速度结构。层析成像结果表明,沧东断裂两侧的地壳介质的速度分布表现出明显的横向差异,浅层速度分布同地表地质结构分布相一致。沧东断裂西北侧沧县隆起的地壳速度较高,表明其基底抬升;断裂带东南边的黄骅拗陷速度较低,说明基底埋藏较深。本文的远震层析成像研究结果和前人使用重力、电磁和人工地震的探测结果都表明,沧东断裂带两侧的地质构造和地球物理性质有明显的变化,这种构造差异在整个地壳中都有体现。

华北及邻区地壳上地幔三维速度结构的地震走时层析成像

利用华北及邻区475个地震台站的区域地震走时资料,反演了该地区的地壳上地幔三维P波和S波速度结构。地震走时的计算用近似弯曲射线追踪方法,三维速度模型的反演用LSQR算法。用检测板方法对走时数据进行成像分辨率分析,结果表明反演模型在水平方向上以0.5°×0.5°的节点分布,垂直方向上以1km、10km、25km、42km、60km为节点作网格划分是合理的。研究区域内,秦岭—大别造山带两侧的华北块体与扬子块体有不同的速度异常特征:华北块体地壳速度结构复杂,而扬子块体则相对简单。华北块体地壳内存在较明显的低速异常,而扬子块体则正常或高速异常。自中新生代以来华北块体地壳经历挤压到伸展的强烈变形,而扬子块体相对稳定。华北块体的构造活动依然强烈,表现为频繁的地震活动。华北地块地壳速度结构的主要特征是:①主要构造带(如燕山构造带、太行山山前构造带、汾渭构造带、郯庐断裂带以及秦岭一大别构造带)位于地壳上地幔的低速或高低速过渡区内;②在唐山及附近地区25 km、42 km和60 km深处连续的低速异常,可能意味着上地幔热的物质上涌,到达上地壳的下部后停止上升过程。

东亚及西太平洋地壳上地幔P波三维速度结构

利用ISC报告中 1 70 5 5 0条P波到时资料 (地震数为 1 2 5 0 0 ,台站数为 92 8个 ,且地震和台站都分布在研究区内 ) ,对东亚及西太平洋边缘海 ( 60°E～ 1 5 0°E ,1 0°S～ 60°N)的深至 30 0km的地壳上地幔三维速度结构进行了研究 ,分辨率达 2°× 2°.初步结果表明 :( 1 )在研究区域内东西两部分的岩石圈与上地幔低速带的结构有非常明显的差异 .横向上大体以 1 0 8°E为界 ,纵向上以 90km深度为界 ,东部与西部P波速度结构差异较大 .西部是岩石圈汇聚增厚区 ,东部是岩石圈拉张减薄区 .西部上地幔低速带不发育 ,东部低速带比西部厚 .( 2 )青藏高原地壳岩石圈巨厚 ,上地幔低速带不明显 .印度次大陆岩石圈板片以低角度下插到青藏高原之下 .( 3)日本海和菲律宾海地壳之下有高速体 ,可能是太平洋板块向东俯冲产生的 .

中国大陆东部及海域地壳-上地幔结构研究

中国大陆东部及海域 ( 98°～ 1 5 0°E,5°～ 5 0°N)位于欧亚大陆和太平洋两大板块的衔接地带 ,且深受来自印度洋板块活动的影响 .本文利用该区域内的 35个数字地震台记录的面波资料 ,采取多重滤波技术等时频分析方法 ,求得了 1 2 5 2条路径上基阶瑞利波的频散曲线 ,然后将研究区域划分为 1°× 1°的网格 ,通过 Occam反演方法求得了 1 0～ 1 5 8s周期范围内基阶瑞利波群速度在研究区域内的分布 .这些速度分布大致反映了不同深度范围介质 S波速度的横向变化情况 .利用求得的纯路径频散 ,进一步反演得到了青藏高原东部—太平洋、南海—蒙古两个剖面的 S波速度随深度的变化 ,发现研究区内的横向不均匀性直到 40 0 km仍很明显 。

利用背景噪声反演鄂尔多斯块体及其南缘地区地壳速度结构

文中利用分布在鄂尔多斯块体及其南部周缘地区的53个宽频带地震固定台站的连续波形记录，采用双台互相关计算方法由背景噪声提取瑞利波格林函数，经时频分析获得相速度和群速度频散曲线，并分别计算了汾渭地堑、秦岭北缘、鄂尔多斯块体内部和六盘山地区4个不同构造区的平均频散曲线，进而反演了各构造区的地壳上地幔一维横波速度结构。结果显示：地壳厚度在汾渭地堑为34km，在秦岭北缘地区和鄂尔多斯块体均为40km，在六盘山地区最厚，达49—50km；相应的上地幔顶部横波速度分别为4．20，4．2，4．30和4．15km／s；地壳内结构浅部特征差异最大，在地壳中部六盘山地区的速度较低，下部地壳不同地区的波速较一致。

青藏高原东南缘地壳上地幔三维S波速度结构及动力学意义

青藏高原东南缘地形地貌复杂,构造运动强烈,是研究青藏高原地下变形和物质运移的重点区域.文章通过该区域132个固定台站的10年地震瑞利面波的双台法频散分析,并融合背景噪声方法的面波频散数据,获得了周期为5~150s的瑞利面波相速度频散资料,然后使用面波直接反演方法得到了该区域从地壳到上地幔顶部的三维S波速度结构模型.观测到该区域中下地壳存在两条低速带,分别分布在松潘-甘孜块体与川滇菱形块体西北部地区,以及小江断裂带及其东侧的云贵高原地区.小江断裂带及东侧的低速体很可能是其地壳本身增厚导致了壳内长英质物质发生塑性变形甚至部分熔融而造成的.此外,该区域中下地壳呈现显著的正径向各向异性(VSH>VSV)也增强了VSV结构的低速异常幅度.小江断裂带的壳内低速异常体向南跨过红河断裂带延伸到越南北部,其形成可能与上地幔热源密切相关.两条壳内低速带在安宁河-则木河断裂带附近被一个高速体所隔开,其正好位于峨眉山大火成岩省的内带和中带区域.在云南中部峨眉山大火成岩省内带地壳中观测到了一个非常明显的柱状高速体,可能是峨眉山大火成岩省形成时残留在地壳中的基性-超基性物质.在上地幔顶部,红河断裂以南的印支和华南块体中出现了大范围的低速异常,并随着深度增加逐渐沿着小江断裂带向北延伸进入扬子克拉通.基于成像结果,认为青藏高原东南缘正同时经历三种不同模式的构造运动:(1)上地壳物质强度较大,在大型走滑断层的控制下呈刚性挤出;(2)中下地壳存在被较高强度物质分隔开的两片黏塑性物质区域,在区域应力场和断裂带的控制下向南发生塑性运移;(3)红河断裂以南的上地幔主要受控于大规模的软流圈物质上涌,与岩石圈拆沉和缅甸下方印度板块的东向俯冲与后撤密切相关.

青藏高原东部Love波偏振研究

利用布设在云南西部的50个流动观测台站记录的三分量数字面波资料,采用频率域奇异值分解法,分析了中短周期Love波在青藏高原东部传播中的偏振状况.结果显示Love波的传播呈现明显的有规律的偏离大圆路径的异常,地壳-上地幔速度结构显著的横向不均匀性可能是造成这些偏振异常的主要原因.同时利用以前研究中得到的剪切波速度模型计算了Love波到达台站的理论偏离情况,大多数理论计算与实际观测结果的偏离方向基本一致,但理论偏离角通常小于观测值.这样的结果在一定程度上验证了所采用的青藏高原速度结构模型是基本正确的,同时也说明了模型对研究区域复杂的速度结构的反映还不够精细.

面波频散与体波接收函数联合反演研究回顾及展望

面波频散和接收函数是研究地壳上地幔速度结构的重要方法.面波频散对绝对S波速度较为敏感,但对界面结构约束不强;而接收函数对间断面具有很好的分辨能力.二者优势互补,通过联合反演,可以得到更为准确的壳幔内部界面及绝对S波速度结构.近十几年来,随着噪声地震学的迅猛发展以及大量宽频带地震仪的架设,该联合反演方法得到了更进一步的应用.为了便于梳理该研究方向的脉络,本文分别回顾了面波频散与体波接收函数的方法原理及其在壳幔结构反演中的应用,并分析了两种方法的优势与不足.在此基础上,介绍了二者的联合反演方法,以及在地壳上地幔速度结构研究中的应用.展望了联合反演方法的进一步发展,以及加入多种地球物理观测数据对反演地壳上地幔结构的意义.