基于三重震相波形模拟的东北亚地区上地幔S波速度结构研究

对上地幔波速结构的研究有助于认识上地幔物质组成和温度分布,同时还可以为地球动力学的研究提供约束条件。笔者根据中国数字地震台网记录到的位于东亚地区的两个地震波路径近似相互垂直的地震事件,通过三重震相波形模拟的方法,对探测区域下方的上地幔速度结构进行了研究。结果表明,两个不同方向的地震事件得到的波速模型均在250 km以上存在低速带,波速降幅两者有差异;过渡带下半部分均存在高速带,表明该区域过渡带受到东亚俯冲板块的影响。该区域过渡带厚度无明显变化是两个不连续面附近温度和成分分布不同造成的,和该区域过渡带受俯冲带影响的结论不矛盾。

汶川M_s8.0地震:地壳上地幔S波速度结构的初步研究

2008年5月12日我国四川省汶川地区发生了震惊世界的M_S8.0地震.历史上,同类地震在大陆内部极为罕见.该地震深部构造背景的研究对理解其成因极为重要.本文利用中国地震局地质研究所地震动力学国家重点实验室在川西地区布设的大规模密集流动宽频带地震台阵记录的远震P波波形数据和接收函数非线性反演方法,得到了沿北纬31°线的19个台站下方120 km深度范围内的S波速度结构及台站下方地壳的平均泊松比.该观测剖面穿越了主震区,总长度约为420 km. 我们的结果揭示了川滇地块、松潘—甘孜地块和四川盆地三个不同地块构造差异.上述三个地块的地壳结构特征可以概括为:(1)四川盆地前陆壳幔界面向西侧倾斜并有较为明显的横向变形.地壳厚度存在46-52 km的横向变化,中下地壳S波速度存在横向变化,地壳平均泊松比值较高(0.28-0.31),但在龙门山断裂带附近,显示了坚硬地壳的特征,地壳平均泊松比仅为0.2;(2)松潘—甘孜地块地壳厚度由西侧靠近鲜水河断裂的60 km,向东减薄为52 km,在14-50 km深度范围内存在S波速度2.75-3.15 km/s的楔状低速区,其厚度由西侧的-30 km向东逐渐减薄为-15 km,相应区域的地壳平均泊松比高达。0.29-0.31;(3)鲜水河断裂西侧,川滇地块地壳结构相对简单,地壳厚度为58 km,并在26 km深度存在约10 km厚度的高速层,地壳内平均泊松比约为0.25; (4)汶川大震区在12-23 km深度上具有近乎4.0 km/的S波高速结构.而其下方的地壳为低速结构.地壳平均泊松比0.31-0.32,汶川大震的余震序列主要分布在高速介质区域内. 本文的结果表明松潘—甘孜地块的地壳相对软弱;而且并不存在四川盆地向西侧的俯冲.我们认为在青藏高原东向挤压的长期作用下,四川盆地强硬地壳的阻挡作用可导致松潘—甘孜地块内部蓄积很大的应变能量以及上、下地壳在壳内低速层顶部边界的解耦,在龙门山断裂带附近形成上地壳的铲形逆冲推覆.汶川大地震及其邻近区域所具有的坚硬上地壳和四川盆地的阻挡作用为低应变率下的高强度应力积累创造了必要条件,而松潘—甘孜地块长期变形积累的高应变能构成了孕育汶川大地震的动力来源.

环渤海地区的地震层析成像与地壳上地幔结构

利用环渤海地区的天然地震P波到时资料,采用纬度和经度方向分别为0.5°×0.6°的网格划分,反演了该地区地壳上地幔的三维P波速度结构.初步结果表明,环渤海地区地壳上地幔的速度结构具有明显的横向不均匀性:京津唐地区地壳中上部的速度异常反映了浅表层的地质构造特征,造山带和隆起区对应于高速异常,坳陷区和沉积盆地对应于低速异常;地壳下部出现大规模的低速异常与华北地区广泛存在的高导层相对应,估计与壳内的滑脱层和局部熔融、岩浆活动有关;莫霍面附近的速度异常反映了地壳厚度的变化及壳幔边界附近热状态的差异;上地幔顶部大范围的低速异常可能是上地幔软流层热物质大规模上涌所致.

新疆伽师强震群区三维地壳上地幔S波速度结构及其地震成因的探讨

１９９７年１月２１日至４月１６日（北京时间）新疆伽师地区连续发生了７次６级以上 强烈地震．为了深入研究该强震群形成的构造背景，我们在伽师强震群区及其邻域大约 １１ ０００ｋｍ~２的范围内布设了由 ３０台宽频带数字地震仪组成的流动地震台阵，台站的间距约５－ １０ｋｍ．利用远震体波接收函数的叠加偏移分析及其非线性反演技术，研究了台阵下方０－ １００ｋｍ深度范围内地壳、上地幔的三维Ｓ波速度结构．结果表明：１）Ｍｏｈｏ界面的深度在塔里 木盆地一侧为４０—５２ｋｍ，而在靠近天山一侧的褶皱变形区为６０—７６ｋｍ，南天山山前折皱变形 区的地壳厚度明显增大，地壳内部产生了明显变形；２）塔里木盆地北缘存在明显的不均匀性， 塔里木盆地与天山之间的接触变形关系显示了塔里木盆地向北北西方向的挤压作用，台阵下 方壳幔界面的地形与地表的地貌特征有较好的相关性，山前弧形褶皱带的形成与地下深部结 构及挤压作用有关；３）伽师强震群分布在壳幔界面梯度带的上方，该震群的成因可能与震源 区附近的隐伏断裂活动有关；４）由于震源处于褶皱变形区的地壳上部，相应的剪切模量较小， 这可能是伽师强震群应力降明显偏低的主要原因．伽师强震群的形成不但与塔里木盆地的

张北-尚义地震区及其邻区地壳上地幔结构

对张北－尚义地震区及其邻区的深部结构的研究表明，张家口－蓬莱构造带与其两侧的山西裂谷系、华北裂谷盆地和燕山褶皱带相比，具有低阻性质，地壳内的速度界面及莫霍面的深度分布显示出明显的不同。以延怀盆地为界，把张家口－蓬莱构造带分成西北和东南两段。最新的大地电磁观测研究表明，张北－尚义地震区电性结构与周围有一定差别，壳内有一近北北西向构造，主震和绝大多数余震都发生在壳内低阻带以上。

山西高原北部地壳上地幔地震波速结构与深部构造

对自河北文安经山西大同至内蒙古岱海的宽角反射／折射地震剖面资料进行了详细的研究。结果表明，地壳厚度由太行山山前地带的３６．０ｋｍ向山西高原增厚至４４．０ｋｍ。在太行山山前基底断裂、紫荆关断裂的下方和大同盆地的东侧存在着延伸至莫霍面的断裂带；太行山隆起区上地幔顶部的速度偏高，太行山山前地带和大同震区上地壳的下部有强烈的速度反转，大同地震与这里的异常的壳幔构造有关，太行山山前地带存在着发生潜在地震的深部构造条件。

用天然地震探测青藏高原中部地壳、上地幔结构

从西藏南部的定日、嘎拉至青海铜铁山的天然地震探测剖面，实际路线长约２０００ｋｍ，布设了约１１０台便携地震仪，记录了数百次远震和近震事件，采用多种方法进行了资料处理与解释．依据ＳＫＳ，ＰＫＳ，ｐｓ等横波分裂特征计算的青藏高原中部上地幔的地震各向异性表明：研究区各构造单元内的地震各向异性有明显变化，发现上地幔各向异性快速波的偏振方向与造山带的走向不完全一致．在雅江缝合线、崩错－嘉黎、唐古拉山口、昆仑山口几条断裂带处南、北各向异性出现显著的差异，而金沙江缝合线和班公－怒江缝合线的南、北则没有明显的各向异性变化．由Ｐ波走时残差，利用层析技术反演了４００ｋｍ深度内的速度图像，可以看出近地表１００ｋｍ范围内速度的不均匀变化与地表划分的构造单元很吻合，进一步佐证了青藏高原是由不同时期的微板块拼合而成的认识．在青藏高原中部１５０ｋｍ深度以下发现了多处低速区．在金沙江缝合带下方约２００ｋｍ深度处有一长２５０ｋｍ以上、延伸１５０ｋｍ的低速体，推测可能是一地幔柱．利用ＰＳ转换波划分的界面，显示出青藏高原北部具有低速层和高速层交替出现的地壳结构．

新疆富蕴—库尔勒剖面地震层析图像与地壳上地幔的速度结构

利用在2002-2004年新疆天山地区富蕴一库尔勒布设的流动地震台，经过连续两年的观测所采集的数据，挑选远震P波到时数据，进行了地震层析反演处理，获得此剖面地震层析图像推断地壳上地幔的速度结构。反演结果表明，富蕴-库尔勒剖面上塔里木板块向北的推进相对于西部有所减弱，在西部表现强烈的造山作用，向东逐步减缓，在天山的底部不过100km上下。地震活动集中在此范围内。岩石圈物质移动方向发生变化部分向东推移，自然也降低了天山的隆升作用，从而造成天山西段和东段的差异。在本剖面范围内天山的Moho面结构复杂有重叠、斜插特征，深度最大在天山地区达80km，准噶尔盆地和本剖面范围内塔里木盆地北部Moho面深度为40～50km。

深反射地震揭示喜马拉雅地区地壳上地幔的复杂结构

报告了中、美两国在喜马拉雅山区进行的第一次深反射地震试验的结果．试验剖面南起喜马拉雅山山脊南亚东县的帕里镇，向北穿过喜马拉雅山脊的荡拉，到达康马南的萨马达．剖面长约１００ｋｍ．共中心点（ＣＭＰ）叠加剖面上显示出：１．在地壳中部有一强反射带，向北缓倾斜下去，延长达１００ｋｍ以上．它可能代表了一个活动的逆冲断裂或是一条巨大的拆离带，印度地壳整体或下地壳沿此拆离层俯冲到藏南之下．２．上部地壳的反射很丰富，显示了上地壳存在着大规模的叠瓦状结构．３．下地壳的反射同相轴呈现短而有规律的分布，显示了塑性流变特征．４．在测线南部莫霍反射明显，深度达７２－７５ｋｍ．发现南部有双莫霍层的存在．５．试验中还取得莫霍层下面３２，３８，４８ｓ等双程走时的多条反射，向北倾斜，反射同相轴延续较长，信息丰富，反映了上地幔的成层结构和变形特征．这些结果对印度大陆地壳整体或其下地壳俯冲到藏南特提斯喜马拉雅地壳之下，并导致西藏南端地壳增厚的观点，给予了实质性的支持．

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。

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。

穿过张家口—渤海地震带西缘的折射剖面所揭示的地壳上地幔构造与速度结构

近期完成的北北东向的繁峙～太仆寺旗宽角反射／折射剖面，由山西断隆进入内蒙地轴，它穿过了山西地震带的大同～阳高震区和北西西向张家口～渤海地震带的西北缘。其主要目的是探测研究张～渤地震带及其两侧壳幔构造与速度结构的差异及其与地震活动的相关性。结果表明：张～渤地震带壳内界面及莫霍面较其两侧有１．０～２．０ｋｍ的不同程度的上隆；在阳原～张家口之间地壳结构纵向与横向非均匀性明显，上地壳和下地壳上部有局部的速度逆转，下地壳下部的低速层由山西断隆一直延伸至内蒙地轴，上地幔顶部的速度梯度明显增大；在阳原、怀安和张北附近分别存在着延伸至莫霍面的地壳深断裂带；在内蒙地轴一系列壳内界面不明显。

中朝克拉通东部上地幔精细圈层结构:来自朝鲜核爆源深地震测深剖面的约束

晚中生代以来,中朝克拉通经历了一系列强烈构造和岩浆事件,岩石圈性质发生显著变化.为此,中朝克拉通“破坏”一词被提出,但破坏形态主要来自地表地质、地球化学、地壳结构和上地幔较大尺度的地震学成像等的约束.因较大能量的人工震源方法较难在人口密集的华北地区实施,基于深地震测深剖面对整个上地幔精细圈层结构的探究仍限于较少地区.为此,我们根据中国地震台网和部分流动台站记录的2017年9月3日朝鲜地下核试验地震数据,利用宽角反射/折射成像方法,揭示了中朝克拉通东部及邻区5个不同方位剖面的高垂向分辨率一维地壳和上地幔P波速度结构.结果显示,中朝克拉通东部及周边地区平均地壳厚度为29~30 km,全地壳平均速度在6.10~6.17 km·s^(-1)之间,远低于全球大陆地壳平均值,表明该区下地壳很薄甚至缺失,且在地壳底部可能存在因局部拆沉而形成的强水平各向异性.该区80 km左右深度可观测岩石圈正速度梯度内部间断面,推测其可能是由尖晶石到石榴石相变引起.在约220 km深度,我们探测到通常存在于稳定克拉通下方的Lehmann间断面,揭示中朝克拉通东部还部分保留类似稳定克拉通的圈层结构.介于80 km间断面和Lehmann间断面之间的上地幔P波速度较全球IASP91模型明显偏低,且上地幔震相(Pn、PL和P410)到时介于稳定克拉通区域和活动构造区域之间,表明中朝克拉通东部及邻区上地幔整体处于“冷”至“热”的过渡状态.

延怀盆地及其邻区地壳上地幔速度结构的宽频带地震台阵研究

在沙城以东的延庆盆地及其邻近区域内布设了由GDS－1000宽频带数字地震仪组成的流动地震台阵，利用台阵记录的宽频带远震P波波形数据和非线性接收函数反演方法获得了延怀盆地内0-80km深度范围的地壳、上地幔S波速度结构．利用计算机三维彩色剖分显示技术研究了台阵下地壳、上地幔速度结构的横向非均匀变化。结果表明，研究区域内的地壳厚度为40km左右，壳幔界面有4km左右的上下起伏．地表沉积盖层在延庆盆地中心附近厚度约1km，而在向盆地外围延伸的方向上相对变薄．研究区域内上地壳S波速度结构较复杂，而下地壳与上地幔则相对比较均匀．其上地壳最突出的特点是在10km深度附近有明显的S波低速层．在延庆盆地下方，它延伸到6-20km的深度范围．在延庆盆地南侧，该低速层有从西往东逐渐减弱的趋势．研究区域内的地震基本上都发生在延庆盆地下方上地壳低速体外围．据此推断，延庆盆地及其临近区域内的地震活动与该区域地壳内的热状态有密切关系．

中国大陆地壳上地幔电性结构及地震分布规律（一）

本文是“壳慢流体演化及地震成因”系列论文的第１篇。本系列由３篇论文组成，第２篇为“壳内高导层成因，高温高压下卤水物态及其电导率”；第３篇为“壳内流体演化及地震成因”。这３篇论文分别从宏观、微观和动态变化三方面，探讨了地下流体与地震的关系。本文根据我国大地电磁测深（ＭＴ）工作者近２０年的探测成果，编绘了中国大陆壳内和上地幔高导层的分布埋深图，分析了中国大陆电性结构的分区特征，探讨了上地幔高导层的成因以及壳内高导层的特征，最后总结了中国大陆不同构造区的地震孕育规律。

地壳上地幔地震波速度结构和岩石学解释综述

文章归纳了地壳上地幔各种岩石矿物的速度特征。长英质岩石的上地壳具有较低的P波速度;各类花岗质岩石到云英闪长质片麻杂岩组成的中部地壳P波速度为6.4～6.6km/s;由石榴石、角闪石、辉石或橄榄石组成的下陆壳P波速度最大,达到了6.8～7.0km/s,当P波速度大于7.3km/s时则应有相当高的榴辉岩和超镁铁岩的高速组分。在地壳下面的岩石圈地幔主要由橄榄岩质岩石(超镁铁岩)组成,地震波纵波速度达到8.0km/s以上。

中国地壳、上地幔精细结构和大陆动力学研究的序幕——从1958年柴达木沉积盆地深部地震反射探测看半个世纪来该科学领域的发展导向和启迪

喜马拉雅山系的崛起、青藏高原的隆升以及与成山、成岩、成盆、成矿和成灾相关的深层过程是东亚乃至全球地球动力学研究中最为重要的科学事件.1958年始在柴达木盆地的地震反射探测与地壳、上地幔精细结构和大陆动力学研究开启了青藏高原地球内部研究的先河,半个世纪以来它影响并引导着我国这一科学领域的发展和前进.本文为纪念地壳与上地幔精细结构和大陆动力学在中国的诞生而作.柴达木盆地壳、幔精细结构地震反射探测结果表明：柴达木盆地的沉积层巨厚可达15～19 km,且存在着迴折波和不同类型与路径的多次波.地壳厚达50～52 km,且存在着高速梯度夹层和低速层.Moho界带为由高、低速相间的薄层束组构,且上地幔顶部纵波速度为8.1 km/s.从这一基点出发,对包括柴达木盆地在内的青藏高原地球深部与地球动力学研究中的几个科学问题进行了思考!为今后青藏高原地球物理深化研究的内涵和布局提出了初步的见解.

古雷—石城地区地壳与上地幔地震波速度结构及莫霍面特征

本文是1986年古雷—石城剖面及嵩口—宜城剖面深地震测深资料的初步研究结果。 对古雷—石城的纵剖面资料,分析了震相特征,共识别出五个波组:P_2、P_3~0、P_4~0、P_5~0及P_n(P_n^0)。通过对波的走时反演,正演拟合和理论地震图方法等计算,得到了该区地壳与上地幔结构模型。 古雷—石城地区地壳具有多层结构,并可划分为上、中、下三层。古雷炮点给出的厚度分别为1.0km、15.7km、12.8km,地壳平均速度为6.29km/s,深度为29.5km,上地幔顶面P_n波速度为7.83km/s。石城炮点给出厚度分别为1.8km、18.3km、12.4km。地壳平均速度为6.29km/3,深度为32.4km,土地幔顶面P_n速度为8.00km/s。 在中地壳下部存在一低速层,其厚度为2.8km,速度为5.85km/s。根据其它研究结果,初步判断低速层介质是半熔融物质组成。 测区内横向变化比较强烈。从东向西有长乐—诏安、政和—海丰和邵武—河源三个大断裂穿过该区,并且都深切至莫霍面;在漳州盆地之下莫霍面隆起约3km,戴云山区下莫霍面凹陷近2km;永安—梅州莫霍面隆起接近3km。莫霍面分布显示出从东南向西北逐渐加深。 宜城—连城—嵩口非纵剖面显示了莫霍面在两处有明显断错,错距约2km邵。表明昭武—河源断裂是切割莫霍面的深大断裂。

辽南地区地壳与上地幔介质温度结构特征与地震

本文应用辽南地区大地热流值观测和闾阳—海城—东沟综合地球物理剖面成果,计算和研究了辽南地区地壳与上地幔介质的温度结构特征,发现海城地震区具有以下主要特点:壳内低速—高导层具有较高的温度值;震区岩石圈温度值最高:震区高热流异常值基本上是由壳内的低速—高导层提供的等。这些重要发现,为解释海城地震的力源及高热流异常从温度结构方面提供了重要依据。

利用天然地震转换波及二次波反演地壳上地幔速度结构的尝试

本文是研究利用天然地震PS转换波及PPP等二次波到时资料反演地壳上地幔速度结构的尝试。提出了分步逐层的反演方法使反演问题部份线性化,同时还利用联合反演的方法降低反演误差。文章分析讨论了反演误差,给出了反演实例,并指出了存在的问题及进一步工作的方向。