青藏高原中部地壳和上地幔各向异性分析

对布设于青藏高原中部INDEPTH-Ⅲ宽频带数字地震台阵的41个台站记录的远震体波资料所提取出的P波接收函数和SKS波形资料做偏振分析,并采用以误差为权的叠加分析方法求得每一个台站的Pms和SKS快波偏振方向和快慢波的时间延迟,获得了从拉萨块体中部,经喀喇昆仑嘉黎断裂系和班公湖—怒江缝合带,到羌塘块体中部的地壳和岩石圈地幔的地震波各向异性图像.从各向异性分析结果可以看到:Pms快慢波的时间延迟为0.3～0.5 s,在拉萨块体,快波方向主要为NE-SW向,在羌塘块体,快波方向为近E-W向.SKS快慢波的时间延迟为1～2 s,主要分布在拉萨块体的北端和羌塘块体,并且向靠近班公湖怒江缝合带和昆仑—嘉黎断裂带的方向时差增大,快波方向基本与Pms快波方向一致.在喀喇昆仑—嘉黎断裂带以南的拉萨块体中部没有测量到明显的SKS分裂,这可能与该区存在双层快轴方向近垂直的各向异性层有关.结合研究区已有的研究成果可以推测:拉萨块体地壳各向异性层的快轴方向与印度—欧亚板块汇聚方向一致,可能与地壳较强刚性有关,其在板块汇聚过程中不易发生流展变形;而羌塘块体地壳和岩石圈中各向异性层的快轴方向与青藏高原物质逃逸方向一致,表明这一块体流变性均较强,在板块汇聚挤压力的作用下发生了侧向流变变形.

中国大陆及邻区海域地壳上地幔各向异性研究

利用分别由Love波和Rayleigh波得到的S波速度结构的差值(VSH-VSV)对中国大陆及邻区海域(70°E^145°E,15°N^55°N)地壳上地幔中的偏振各向异性进行研究.初步研究结果表明,各向异性在空间分布上存在不均匀性:(1)在小于150km的深度范围内,VSH>VSV的各向异性体占主导地位,反映出在地球的浅部岩石圈内的水平应力作用及软流圈顶部物质的水平向流动对各向异性的形成起主导作用.在大陆地区,各向异性的强度随深度有显著变化.上地壳和上地幔盖层中的各向异性普遍较弱,而在流变性较强的下地壳和软流圈存在较大范围的各向异性.这一现象说明下地壳在岩石圈变形中可能有解耦作用.(2)在大于200km深度的软流圈下部主要表现为VSH<VSV的各向异性,说明地幔物质垂直运动相对占优势地位.(3)在中国大陆东部可以看出一个大致趋势:在构造比较稳定的地区,岩石圈中VSH>VSV的各向异性比较显著,而软流圈中VSH<VSV的各向异性较弱;在构造活动比较强烈的地区,软流圈中VSH<VSV的各向异性占主导地位.(4)印度板块低角度向青藏高原下俯冲影响了中国大陆西部地区各向异性的特征.印度板块向北运动水平挤压中国西部大陆,使得物质定向重结晶,从而在岩石圈下部产生显著的VSH>VSV各向异性.

中国南北带地壳上地幔三维面波速度结构和各向异性

本文用长周期763地震仪面波群速度资料反演了中国南北带及邻区的三维速度结构.其中采集238条瑞利波和358条勒夫波混合频散曲线,使用均等显示滤波方法,并以4°×4°为一格将我国境内分为147格.用随机逆反演方法得到了研究区16格的纯路径频散.面波速度结构及演结果表明:1.莫霍界面深度一般在40—50km之间,最深达65km.总趋势是从东到西加深,且在南北带西侧南北两端向中部明显加深,东侧变化小.2.地幔顶部普遍出现很厚的低速层,上界面一般埋深60—80km.上地幔顶盖厚度一般为20—60km,速度为4.30—4.50km/s.3.研究区普遍存在各向异性,而且勒夫波和瑞利波速度的差值(V_(SV)—V_(SH))的绝对值随深度有增大的特点,在南北带南部和西北部V_(SV)—V_(SH)各向异性现象更为明显.

远震剪切波分裂研究华南西南部上地幔各向异性特征

华南板块由扬子克拉通和华夏地块在新元古代碰撞拼合形成,其西南部的缝合带位置存在强烈争议.本文基于一条南北向宽频带流动台阵天然地震数据,利用SKS波分裂研究华南西南部上地幔各向异性特征的南北向变化.分裂测量结果显示,26°N以南的右江盆地快波偏振方向为E-W或NEE-SWW方向,分裂时差为0.5~2.5 s,变化范围较大;川东褶皱带存在较多空解,快波偏振方向以近东西向为主,分裂时差在0.5~1.5 s范围内变化;在右江盆地北缘和川东褶皱带的过渡区域(约26°N附近)各向异性明显较弱.结合前人的上地幔速度成像结果,我们认为川东褶皱带与右江盆地过渡带是扬子克拉通的南边界,在其下方北侧的川东褶皱带巨厚的岩石圈向南转变成较薄的岩石圈,陡变的岩石圈边界引起了软流圈上涌,软流圈的垂向运动导致其水平方位各向异性较弱.

华北地区地壳上地幔速度各向异性研究

本文介绍面波反演得到的华北地区地壳上地幔速度各向异性分布图像,并与S波分裂的结果作初步的定性比较.不同周期瑞利波群速度的方位各向异性图像呈现显著的横向变化,与华北地区地壳上地幔的构造分块和垂直分层结构有比较密切的联系.在鄂尔多斯和阿拉善等稳定地块中,岩石圈地幔到160 km深度都保持比较一致的显著各向异性;而在发生过岩石圈减薄的华北克拉通东部,大约80～150 km深度范围内基本没有探测到方位各向异性,可能说明岩石圈减薄过程抹去了原有的各向异性印迹而且没有显著的水平构造运动造成新的方位各向异性.地球介质的各向异性具有明显的分层特征,面波的反演结果是如此,而S波分裂测量所表现的离散性,也可能是由各向异性的分层差异和倾斜的各向异性对称轴等因素引起.采用多层的各向异性模型,在多数情况下可以定性地解释面波反演和S波分裂结果之间的差异.进一步的工作要求增大面波的探测深度和改善分辨能力,获取更多的S波分裂测量资料,从而建立定量或半定量的三维各向异性模型.

基于SKS分裂研究长白山区上地幔各向异性特征

长白山火山区是中国最大的新生代火山区,位于东北走向的敦化—密山断裂、鸭绿江断裂、图们江断裂和西北走向的白山—金策断裂系统的交汇处,其内部变形特征复杂多变。地震各向异性是了解壳幔变形的有效方法之一,聚焦该火山区研究上地幔各向异性特征及变形演化,将有助于理解长白山区深部地幔动力学过程,为地震与火山灾害预警提供理论支持(刘嘉麒等,2022)。

辽宁地区地壳及上地幔各向异性初步研究

在地壳中产生各向异性的主要因素是大量充满液体的定向排列的微裂隙，当剪切波穿过这种各向异性介质传播时会分裂为快剪切波和慢剪切波。快剪切波的优势偏振方向与裂隙走向一致，与原地主压应力方向一致；慢剪切波的时间延迟与介质的各向异性程度有关。上地幔各向异性普遍认为是由上地幔矿物（主要为a-橄榄石）的晶格优势方位引起的，并与板块运动和构造作用有关。当地幔在高温下流动时，橄榄石晶体会发生定向排列，长轴沿流动方向展布，在局部范围内会形成相当规模的各向异性，快剪切波偏振方向与地球深部动力学运动过程有关，慢剪切波时间延迟能够反映动力学过程中的详细信息。

川西龙门山及邻区地壳上地幔各向异性地震P波走时层析成像研究

经典的地震层析成像假定介质为各向同性,通过走时反演确定地球介质的非均匀结构,得到的仅是近似地球模型。如果各向异性较强时,应用基于各向同性假设的层析成像算法,可能导致错误的结果。非均匀与各向异性效应是耦合的,如果仅考虑非均匀效应则各向异性结构可能映射到非均匀结构中造成非均匀速度结构的误差,反之亦然。因此,高分辨率的走时层析成像必须同时考虑非均匀和各向异性两种效应。同时反演非均匀和各向异性结构(即各向异性层析成像),不仅可以获得可靠的各向同性速度结构,同时可以确定各向异性结构。相对于S波偏振分析,体波走时方法基于不同的数据集,能提供独立的地震各向异性观测证据。利用地震走时层析成像方法同时研究介质的非均匀性和各向异性,对于认识地球的结构及动力学过程都具有非常重要的意义。

上地幔各向异性分析中地壳的影响

应用伪谱法研究了地壳各向异性对上地幔各向异性分析的影响 .用几种不同情况下的两层各向异性模型 ,模拟了全波场 ,着重分析了不同深度观测点上的剪切波分裂特征 .结果表明 ,当地壳为各向同性或其各向异性主轴与上地幔重合或相互垂直时 ,在地壳观测到的快、慢剪切波的偏振方向保持了上地幔中的偏振方向 ;重合时 ,快、慢波走时延迟增大 ;垂直时 ,走时延迟减小 .当地壳的各向异性主轴与上地幔成一般夹角时 ,其粒子运动轨迹变得十分复杂 ,不能直观地识别上地幔各向异性中的快波方向 ,对走时延迟也有一定的影响 .将常用的两种分析方法应用于对模拟结果的反演 ,发现当地壳各向异性与上地幔各向异性方向为一般夹角时 ,反演结果会出现较大的误差或误判 .进而提出解决这一问题的方法 ,一是综合多种方法的结果 ;二是由拟合残差或相关系数等值线作进一步的确定 .

中国东部地壳与上地幔速度不均匀性和各向异性的初步研究(英文)

本文利用763式地震仪记录的地震瑞利面波资料,用双台法计算出瑞利面波的频散曲线,从而得到相速度.将我国东部地区(99.8°—123.8°E,20°—44°N)分成4°×4°大小的方格,利用代数重建法得出该地区上地幔与地壳的横向不均匀性.对同一地区再进行一次分块,块的大小为8°×8°,考虑到各向异性对面波相速度的影响,利用周期为60 s 的面波相速度资料,反演出我国东部的横向不均匀和各异向性的特征。

青藏高原及其部分邻区地震各向异性和上地幔特征

通过研究在青藏高原及其部分邻区由三分量宽频地震资料获得的剪切波各向异性的特征 ,得出了上地幔构造的若干认识。在本区 2 0 0km以上的上地幔范围内各向异性的方向性变化主要是上地幔物质运移方向的影响 ,各地体的岩石圈与地壳在相当长时间内是连贯的运移。各向异性的主要方向决定于上地幔承受的主应力剪切作用方向常常与地表的山系和构造方向不一致。最强的各向异性特征出现在高速体地体边缘 ,与深部热的地幔物质有关。在各地体边缘的走滑断裂附近各向异性与断裂带走向一致。

青藏高原东北缘上地幔地震各向异性:来自SKS、PKS和SKKS震相分裂的证据

基于青藏高原东北缘甘肃区域台网41个宽频带地震台站的远震记录资料,通过PKS、SKS和SKKS震相的剪切波分裂分析,获取了台站下方介质的各向异性分裂参数,得到该地区上地幔各向异性分布图像,并结合GPS速度场和地壳剪切波各向异性分析青藏高原东北缘各向异性形成机制及壳幔各向异性特征.分析结果认为,在阿尔金断裂带西侧,各向异性快波偏振呈NWW—SEE方向,与断裂带走向有一定夹角,与塔里木盆地向柴达木盆地俯冲方向一致,说明该地区上地幔物质变形主要受古构造运动的影响,属于"化石"各向异性.在祁连山—河西走廊构造区,XKS快波偏振呈NW—SE方向,一致性较好,与区域断层走向方向相同;由区域小震的地壳剪切波分裂分析得到的地壳剪切波快波偏振在该区域呈NE-SW方向,与相对于稳定欧亚大陆GPS运动速率一致,地壳和地幔快波偏振方向的差异表明壳幔变形可能有不同的形变机制.在陇中盆地及其周缘,由于处于活跃青藏地块与稳定鄂尔多斯地块之间的过渡带,相对于其他区域具有更加复杂的构造背景,地壳快波偏振和地幔快波偏振总体上呈NWW—SEE方向,说明壳幔变形机制可能相同;但不同台站结果之间存在一定离散性,推测是由于受局部构造特征差异性造成.

大别—苏鲁及邻区上地幔的各向异性

大别—苏鲁是扬子与华北的碰撞造山带,对该地区上地幔各向异性的研究有助于了解该区的地幔动力学机制.本文选用了中国数字化地震台网和区域数字地震台网(山东、安徽、江苏、河南、湖北)三分量宽频带的远震地震波形数据,分别采用最小能量法和旋转相关法,对大别—苏鲁及邻区进行剪切波偏振分析,计算了研究区台站下方介质的各向异性分裂参数:快波偏振方向(Φ)和快慢波延迟时间(δt).本文研究结果发现,研究区内快、慢波延迟时间0.5～1.63s,推测各向异性层深度为57.5～187.6km,由软流圈和岩石圈地幔的各向异性共同作用引起.快波偏振方向在4个不同构造区表现出不同的特点:华北板块快波偏振方向为近E-W向,根据地质资料,我们分析认为华北板块的各向异性受地幔软流圈流动的影响明显;大别造山带各向异性平行于大别主构造,反映造山过程中岩石圈物质沿大别造山轴部NW-SE向迁移的特点;在大别南侧和东侧的扬子板块快波偏振方向分别表现为近垂直于造山带走向和NEE-SWW,苏鲁造山带各向异性结果为NEE-SWW,与地表构造有一定的夹角,同时与板块运动方向相差较大,分析认为扬子板块和苏鲁造山带各向异性是由地幔软流圈流动和印支—燕山期构造运动残留在岩石圈地幔的"化石各向异性"共同作用的结果.

宁夏地区上地幔地震各向异性特征

利用宁夏6个三分向宽频带数字地震台记录的震中距在85°—110°,震级大于6级的远震SKS波震相作了偏振分析,采用Silver-Chan方法求得了分裂参数,获得了宁夏地区上地幔各向异性图像.结果表明,宁夏地区上地幔各向异性普遍存在,本区盐池台(YCI)所在的鄂尔多斯块体下方的各向异性可归结为"化石"各向异性,其它地区的各向异性特征则反映了正在进行的构造运动,由此可为贺兰山脉东西两侧复杂的运动图像提供深部证据.最后推测本区的青藏高原东北缘—阿拉善块体及银川断陷区壳、幔的运动是耦合的,而鄂尔多斯块体地区壳、幔的运动型式尚不明朗.

阿尔金断裂西部邻区的上地幔各向异性研究

本文利用横波分裂方法对北京大学于田流动台阵记录的SKS震相进行分析,获到了阿尔金断裂西部及邻区的上地幔各向异性参数.分析结果显示,快波偏振方向在整个研究区基本呈近E-W向,与研究区内阿尔金断裂的走向几乎一致,分裂延迟时间在0.93~1.20s之间.综合研究区附近前人横波分裂研究结果,我们认为,在印度和欧亚大陆板块碰撞作用下,青藏高原北部上地幔软流圈物质向北流动,遇到塔里木盆地＂克拉通＂较厚岩石圈阻挡并发生了旋转,向东西两侧流动,导致在青藏高原和塔里木盆地边界地带软流圈上地幔橄榄岩中晶格沿近E-W向优势排列.这一模式显示阿尔金断裂可能是一个岩石圈尺度的大型走滑断裂：它既控制近地表的上地壳构造运动,同时也影响了上地幔软流圈物质的流动.另外,在向塔里木盆地内部延伸的台站也观测到显著的各向异性和近EW向的快波偏振方向.这些结果表明塔里木盆地＂克拉通＂岩石圈的中、下部分在南部边界被青藏高原北部上地幔软流圈流动＂热侵蚀＂而损失一部分,导致青藏高原软流圈向东西两侧的流动已经延伸到塔里木盆地内部.本文的研究结果揭示克拉通岩石圈＂活化＂不仅可以在垂直方向发生（如,岩石圈拆沉或软流圈上涌导致的热侵蚀）,也可以在水平方向上发生,即软流圈的水平流动对克拉通岩石圈边界的热侵蚀作用.

中国大陆及邻区上地幔各向异性研究

为了深化对中国大陆及邻区上地幔介质形变强度和方向的空间变化图象、各向异性和剪切波分裂、各向异性以及应变、应变和构造过程关系的认识 ,我们以剪切波在分层各向异性介质中的传播理论为指导 ,以分裂剪切波观测为基础 ,借助数字化地震资料和高分辨率的信号处理技术 ,给出了对 1 3 6次地震的分析结果 ,得到了 2 0个台站下面的上地幔各向异性介质的变形强度和方向的空间变化图象 ;并结合已有研究结果 ,对中国大陆及邻区上地幔各向异性特性及其起源问题进行了讨论 .

郯庐断裂带及其邻区上地幔顶部Pn波速度与各向异性层析成像

本研究拾取了中国数字测震台网固定台站记录的2008—2016年2级以上地震事件中的27233条高质量Pn到时资料,反演得到了郯庐断裂带及其邻区上地幔顶部Pn波速度和各向异性结构模型.结果显示,研究区上地幔顶部Pn波速度结构存在强烈的横向不均匀性,速度异常形态与区域地质构造较为吻合.太行山造山带、鲁西隆起、大别造山带、苏鲁褶皱带、胶辽隆起和华北盆地南端等隆起区表现为低波速异常,而黄海北、南部盆地、渤海湾和华北盆地北部等凹陷区均为高波速异常.壳内强震主要发生在Pn低波速异常和高低波速异常的横向过渡地带,说明强震的发生与上地幔结构的横向变化之间存在有一定关联.郯庐断裂带两侧Pn波速度以郯城地震为界其东北侧和西南侧分别分布有与断裂带近平行的低波速异常条带,而西北侧和东南侧分别分布有高波速异常条带,各向异性快波方向近乎沿断裂带走向,可能由于上地幔热物质沿郯庐断裂带上涌形成低速异常后断裂带发生左旋平移运动所致.华北盆地内上地幔顶部Pn波速度结构和各向异性的明显变化,反映华北克拉通破坏过程中经历了地幔热物质上涌、莫霍面隆升以及岩石圈拆沉等复杂构造变形.

华北上地幔各向异性研究

对华北地震科学台阵的200个宽频带和甚宽带地震台站所记录的远震SKS(SKKS)波形资料作偏振分析,采用最小切向能量的网格搜索法和叠加分析方法求得每一个台站的SKS(SKKS)快波偏振方向和快、慢波的时间延迟,并结合已发表的固定台站的结果,获得了华北上地幔各向异性图像.从得到结果看,华北东部各向异性快波方向基本为NWW-SEE方向,而西部的快波方向转到NW-SE或NNW-SSE.快、慢波时间延迟范围是0.50～1.47s,华北西部的平均快、慢波时间延迟小于华北东部.在华北东部,快波方向与绝对板块运动(APM)方向基本一致,预示了NWW向的软流圈地幔流是引起该区域上地幔各向异性的主要原因,它使得上地幔橄榄岩等晶体的晶格优势取向沿地幔物质流动方向,从而导致了NWW趋向的快波方向.然而,在稳定的西部,快波方向既不与绝对板块运动方向一致,也不与构造走向一致,这种弱各向异性很可能是遗留在古老克拉通的厚的岩石圈内的"化石"各向异性.

郯庐断裂带鲁苏皖段及邻区上地幔顶部Pn波速度与各向异性

为着重探讨郯庐断裂带鲁苏皖段的分段特征及其深部结构特征,本研究搜集增加了研究区内近几年的Pn震相数据.经挑选后采用了由2163个地震和301个台站构成的9156条射线,重新反演构建了郯庐断裂带鲁苏皖段及邻区上地幔顶部Pn波速度及方位各向异性分布.尔后,将速度反演结果与地形地貌、大地热流、强震活动及地壳厚度等进行了综合对比和分析;此外,还将Pn波各向异性与地震各向异性其他观测手段的结果展开了对比和讨论.反演结果的可靠性和分辨能力较前文有所提高,研究区上地幔顶部的非均匀性特征揭露得更为清楚,尤其是由Pn波速度揭露的郯庐断裂带分段特征与地质构造特征吻合得更佳.结果表明:(1)Pn波高、低速的分布与地形地貌呈负相关的关系,即山地隆起区呈低速分布,而平原地区表现为高速异常.(2)Pn波速度沿郯庐断裂带的分布具有明显的分段特征,本文的研究结果支持郯庐断裂带在研究范围内的上地幔顶部可细分为4个亚段.由上地幔顶部Pn波速度揭示的郯庐带分段特征与前人根据郯庐断裂带各段的地表地质构造特征给出的分段结果吻合,深、浅耦合的现象表明郯庐断裂带是一条贯穿地壳、深抵Moho面的幔源深大断裂带.(3)Pn波速度与大地热流呈负相关的关系.(4)Pn波速度的分布与强震的发生具有一定的关联性,强震大部分发生在Pn波高、低速过渡地带或者低速区域的地壳内.(5)在南黄海海域新发现一条NNE-SSW向展布的弱高波速异常带,该异常带被强震震中清晰地勾勒了出来,据此推测其下方存在一条切割Moho界面的幔源深大断裂.(6)Pn波各向异性的强弱与地质构造的活动性相关,活动性越强则各向异性强度越大.(7)由地震台站的时间延迟分布可以看出,研究区地壳厚度总体上自SE往NW逐渐增厚;最大厚度位于渤海湾盆地的北西部和西部.