利用环境噪声自相关研究唐海—商都台阵测线下方的莫霍面深度

基于唐海—商都宽频带地震台阵2006—2009年连续三年的波形记录,利用环境噪声相位自相关函数对台阵下方的莫霍面反射P波进行分析。通过对同一个台站多个时间段的自相关结果进行分组、采用两步叠加处理增加信号强度:(1)在组内进行线性叠加,对组间的叠加结果进行相位加权叠加;(2)基于华北地区的背景速度结构信息,在地壳平均速度5%不确定性的时窗内,根据自相关函数包络线的二阶导数最大值确定P波的莫霍面反射时间,经时间-深度转化,获得台阵下方的莫霍面深度。结果显示,莫霍面从东南向西北总体由浅变深,中间有小幅度的起伏。噪声自相关方法确定的莫霍面平均深度相较于参考的接收函数结果的偏差为0.8 km,相应的双程走时偏差约为0.3 s。以月份叠加的自相关函数结果显示,PmP信号的噪声源具有显著的季节性变化。自相关函数的波形特征显示华北地区的地壳-地幔转换带的速度梯度模式不同。

基于多台站的接收函数和重力联合反演确定莫霍面起伏和地壳平均波速比

地壳厚度和波速比是研究地壳结构和组分的两个重要参数,可为区域构造研究提供重要约束。接收函数被广泛地用于确定地壳厚度和波速比,例如H-κ方法或H-κ-c方法,但是该方法只能确定台站下方的地壳厚度和速度比,当地震台站分布稀疏时,很难约束台站间的横向不均匀性。另一方面,重力数据也可用于莫霍面的起伏变化研究,它在横向上覆盖很好,有较高的分辨率,但在纵向上分辨率相对较低。为此,本研究提出了一种联合反演算法求解莫霍面深度和地壳波速比参数。联合反演算法综合考虑了接收函数在纵向上的较高分辨率和重力数据在横向上的较高分辨率,同时拟合区域内所有台站上的接收函数和区域重力数据。模型测试表明联合反演算法较单一的接收函数反演更精确,特别是对于地壳厚度的确定。

宽角反射/折射剖面揭示的祁连造山带莫霍面深度

祁连造山带位于青藏高原东北缘,距南侧的喜马拉雅碰撞带前缘1500 km,以一个宽阔的(东西长约1000 km,南北宽200~400 km)、NW走向的造山带的形式被夹持于北侧的河西走廊盆地与南侧的柴达木盆地之间,西侧被NEE走向的阿尔金左行走滑断裂带所截切,北缘以青藏高原北缘断裂带,祁连山北缘断裂带和祁连山东缘断裂带与河西走廊盆地相邻,南东方向与西秦岭造山带相接,东缘与鄂尔多斯地块相邻.记录了新生代以来印度板块和亚洲大陆板块碰撞和青藏高原边缘造山和地壳变形的重要过程.对其地壳深部结构的探测是研究青藏高原隆升和向北扩展,理解印度与欧亚大陆碰撞的大陆内部构造作用的关键手段.自1980年代以来,前人在研究区实施了多条宽角反射/折射剖面,以揭示祁连造山带及周缘的地壳深部结构.本文通过对这些宽角反射/折射剖面的收集汇总和梳理分析,以探讨祁连造山带不同区段下方莫霍面起伏及深度差异,研究结果显示:祁连造山带莫霍面埋深整体自西向东变浅,最深的莫霍面位于北祁连造山带内的哈拉湖附近;结合其他地质与地球物理资料,本文推测莫霍面深度的起伏及变化状态揭示了祁连造山带由西向东不同的地壳缩短方式,其中西段最深的莫霍面可能由大陆俯冲的“底垫作用”所引起;中段的壳内低速体和低阻体反映了该区上下地壳解耦变形,地壳的持续缩短主要靠变形解耦面以上发育的大型逆冲断裂带调节;而莫霍面深度最浅的东段累积应力则主要靠左行走滑的海原断裂和壳内发育的逆冲断裂调节.

松辽盆地反射地震莫霍面的形态、三瞬处理结果及其地质解释

概述了近年来用近垂直反射地震技术研究莫霍面的进展 .对在松辽盆地内进行的约 130 0km近垂直反射地震资料进行初步整理和解释 .得到松辽盆地内莫霍面埋深的一些特点 ,其中重要一条是沿依安—大庆—大安东一线存在 32km的等深线 ,其西侧莫霍面埋深明显大于东侧 .对典型剖面段的莫霍面震相进行瞬时信息的提取 .结果表明 ,利用三瞬信息可以补充原始剖面上莫霍面的解释 .并对与莫霍面有关的科学问题进行讨论 .

首都圈地区莫霍面起伏及沉积层厚度

利用首都圈数字地震台网宽频带和短周期记录提取了接收函数,用H-Kappa叠加方法反演得到了台站下方地壳厚度和泊松比.反演结果显示首都圈地区莫霍面的区域构造方向呈北东或北北东向展布,地壳由东南向西北方向逐渐增厚,平均厚度为34 km.地壳泊松比分布呈现出分块的特征,泊松比高值区对应于岩石比较破碎的多条活动断裂带交汇区.而某些地区堆积有较厚的低速松散沉积层,其下的结晶基底介质速度相对较高,因此,该界面造成径向直达P波能量非常弱,而紧随其后的转换波能量较强,称其为首到波峰.通过正演计算,建立首到波峰和直达P波到时差与沉积层厚度的定量关系,从而可根据首到波峰相对于直达P波的时间延迟来快速判定沉积层的大致厚度.

中国大陆莫霍界面深度图

过去十年在中国大陆上已进行了数万公里的深地震测深（ＤＳＳ）剖面工作，取得了许多地壳构造的结果．我们根据这些材料，绘制了中国大陆莫霍界面深度图．在缺少ＤＳＳ资料的地区，我们采用了天然地震面波及其它资料．根据莫霍界面深度图，中国大陆可以分为８个地壳块体，块体内部的莫霍深度变化不大，不同块体之间，莫霍深度有很大变化．本文对影响中国大陆不同地壳块体的莫霍界面深度的某些因素，进行了初步探讨。

中国海陆1:500万莫霍面深度图及其所反映的地质内涵

莫霍面深度图的编绘与研究一直都是岩石圈构造研究中的重点内容之一.本文在搜集了我国50年以来有关莫霍面深度研究的各种地球物理调查结果与资料基础上,大量引入近年来各种专项的最新成果,将海陆结合一体.以重力数据为基础,在统一数字化投影基础上,经过完全布格校正、格莱尼改正等步骤,并将图幅内依据构造特征划分成不同的分区.研究中以120条地震测深等剖面数据为控制点来计算各分区的莫霍面平均深度反演参数和开展偏差分析.在对重力数据异常场分离方法及界面反演方法优化的基础上,编绘了中国海陆1∶500万莫霍面深度图.依据地壳性质与莫霍面深度分布特征,划分了梯度带与分区,并对每个分区的莫霍面深度分布特点进行了归纳和总结,并就图幅内莫霍面深度图所反映出的地质内涵及东亚地区的宏观构造格架进行了讨论.

深地震探测揭示的华南地区莫霍面深度

从20世纪70年代以来,在华南地区进行了大量的深地震探测研究。本文通过对华南地区的深地震探测研究的总结和梳理,探讨了华南大陆及其邻近海域的莫霍面变化情况,结果表明:华南大陆莫霍面形态变化较大,总体变化趋势是由西部向东部呈逐渐抬升;华南大陆最深的莫霍面出现在攀西地区北缘,最浅的莫霍面出现在衢州盆地,两者差35km;华南地区周缘断裂均存在莫霍面错断;华南加里东造山带莫霍面深度浅于台湾造山带;东海边缘海与南海北缘地壳厚度明显不同。这些特征可能指示了不同区域所经历的岩石圈及地壳演化过程不同,其中攀西地区的莫霍面较厚可能同青藏高原物质东流有关,华南造山带的地壳减薄缘于后期遭受的伸展作用,东海及南海的莫霍面深度反映了两者处于不同的陆缘位置,前者为活动大陆边缘,后者为被动大陆边缘。

莫霍计划的回顾与展望

“莫霍计划”是20世纪50年代末提出来的堪与“登月计划”相媲美的最宏伟的科学计划之一。它开启了大洋钻探的新篇章,拉开了探索大洋岩石圈的序幕。历经半个多世纪的深海探索,研究学者逐渐揭开了洋壳结构的复杂性和多变性,其中代表下洋壳层3的辉长岩乃至地幔岩剥露的大洋核杂岩,为莫霍钻的实施提供了捷径和优选区。本文综述了“莫霍计划”以来在洋壳结构、洋壳增生机制和大洋核杂岩方面的研究进展,通过分析国际上莫霍计划的选址和策略,结合我国南海洋壳的特征,初步提出“南海莫霍计划”的两个站位及策略:①南海残余洋中脊附近的U1431孔,该孔已钻到玄武岩层,可通过重复钻进钻穿莫霍面;②南海东缘残余扩张脊的管事海山,可能有下洋壳辉长岩剥露,可在该区域采取多阶段钻探钻穿莫霍面。

由地震探测揭示的青藏高原莫霍面深度

全球最新、规模最大的青藏高原造山带是研究陆陆汇聚、板块俯冲和高原隆升等大陆动力学问题的天然实验室。自20世纪50年代至今,已经积累大量被动源地震观测和主动源地震探测资料用于揭示青藏高原的地壳与上地幔结构,勾勒出青藏高原的壳幔结构的基本特征。本文在汇总前人工作基础上,通过对深地震测深、深地震反射剖面和宽频地震观测三种地震方法资料的梳理,探讨青藏高原的莫霍面深度及其分布特征。结果表明,青藏高原莫霍面形态复杂,深度变化很大,分布总体特征呈现出中间浅,南部较深,北部较浅,西部较深,东部较浅的趋势,最深的和最浅的莫霍面可以相差40km。这种变化趋势记录了印度板块和欧亚板块的相互作用使高原地壳增厚、减薄过程,并驱使地壳物质由西向东流动。

莫霍面地震反射图像揭露出扬子陆块深俯冲过程

近垂直深地震反射剖面对莫霍面变化的观测 ,强有力地说明大陆莫霍面的复杂特征记录了岩石圈的构造历史。横过大别山造山带前陆的深地震反射剖面长约 1 4 0km ,记录时间达 3 0s ,探测深度超过莫霍面深达岩石圈地幔。深地震反射剖面揭示出扬子陆块与大别山造山带结合部位的岩石圈精细结构、清晰的莫霍面及其变化特征。作为相关解释的第一步 ,我们将探测到的莫霍面变化特征与其他特殊反映不同地质年代和岩石圈构造历史的深地震反射剖面进行对比 ,以追索扬子陆块与大别山造山带的岩石圈构造过程。总体北倾的莫霍面和同样北倾的下地壳结构记录了中生代扬子陆块的向北俯冲。北倾的莫霍面错断、叠置现象描述出扬子陆块的俯冲过程。大别山前向北和向南倾斜的交叉反射图像 。

深地震探测揭示的华北及东北地区莫霍面深度

从20世纪70年代以来,在我国华北及东北地区进行了大量的深地震探测研究。本文通过对该地区的深地震探测研究的总结和梳理,探讨了该区的莫霍面深度与变化及其地球动力学意义。结果表明:华北地区最深的莫霍面出现在内蒙褶皱带内,最浅的莫霍面出现在渤海湾盆地。东北地区最深的莫霍面出现在大兴安岭地区,最浅的莫霍面出现在依兰-伊通断裂带内;大兴安岭-太行山重力梯度带为一重要的莫霍面陡变带,其西侧的莫霍面一般大于40km,东侧的莫霍面一般小于36km,郯庐断裂带及其北延的依兰-伊通断裂带内,莫霍面沿线均有隆起,但幅度不一。渤海湾盆地及方正断陷(位于依兰-伊通断裂带内)莫霍面上隆显著,敦密断裂带有莫霍错断现象;在出露古老结晶基底岩石的块体内,其莫霍面深度要深于相邻盆地;莫霍面在太行及燕山山前深度明显加大。这些特征说明华北及东北地区拼合到一起后共同经历了太平洋构造运动的影响,而大兴安岭-太行山梯度带限定了太平洋构造域的影响范围,太平洋板块的向西俯冲的前缘可能位于太行山以东,郯庐断裂带以西。

南海北缘琼东南盆地热结构与莫霍面温度

相对于大陆地区,洋壳或海陆过渡区目前较缺乏岩石圈热结构方面的研究.本文依据琼东南盆地现有热流数据和相关岩石热物性参数,沿分布于盆地内不同位置的4条地震测线计算了不同圈层的热流分配关系(即热结构)及莫霍面温度.计算时根据最新的P-波速度变化分析将该区地壳分为四层,分别为沉积盖层、上地壳、下地壳及下地壳高速层.结果表明:琼东南盆地地幔热流由浅水区向深水区逐渐增加,是控制盆地现今海底热流分布的主要因素;其占海底热流平均比例为76.3±7.0%,具有典型的"冷壳热幔"的岩石圈热结构特征;莫霍面温度范围500～700℃,存在一个低温区和两个高温区,其整体分布与盆地基底以下地壳伸展减薄及断裂发育有关.

南海北部海陆过渡带地壳平均速度及莫霍面深度分析

南海北部海陆过渡带是一条深地震探测的空白带,其地壳结构研究不仅可以揭示华南沿海地区地震活动规律和构造活动特征,而且可以将以往在海上和陆上使用深地震探测所获得的地壳结构模型进行有效的衔接。鉴于南海北部海陆过渡带地壳结构的重要性,2004年我们在香港外海域进行了一次海陆地震联测实验。本文以此次实验中广东和香港地区固定地震台网以及担杆岛流动台所获得的数据为基础,对各台站接收到的Pg和PmP震相进行了近似横向均一的二维结构模拟,获得了各台站对应的地壳平均速度和PmP反射点处的莫霍面深度值。其结果显示研究区地壳平均速度普遍为6.2km·s-1左右,比全球地壳平均速度6.45km·s-1要低,这可能与普遍发育于华南沿海地带的中地壳低速层有关。研究区东边的SHW台所获得的地壳平均速度为6.7km·s-1左右,要明显高于全球地壳平均速度,它可能是由于局部异常结构所造成的,其与地幔岩浆的侵入作用可能存在一定联系。研究区莫霍面深度在26—35km左右,变化趋势较为明显,从北西向南东方向逐渐变浅,属于地壳减薄型结构,推测其可能与南海北部边缘的形成演化有密切联系。研究表明南海北部海陆过渡带是一个明显的转换地带,它的深部地壳结构特征应该与南海的扩张演化有密切联系,这些认识推进了华南地区和南海北部陆缘地壳结构和构造属性的深入研究。

南海海盆三维重力约束反演莫霍面深度及其特征

利用南海海盆及周边最新的重力,经过海底地形、沉积层的重力效应改正,并采用岩石圈减薄模型的温度场公式,校正了从张裂边缘到扩张海盆的热扰动重力效应.通过研究区的地震剖面和少量声呐数据得到的莫霍面深度点作为约束,采用基于"起伏界面初始模型"的深度修正量反演迭代公式,反演、计算了研究区的莫霍面深度及地壳厚度.结果表明,海盆区莫霍面深度在8~14 km之间,地壳厚度在3~9 km之间;东部海盆和西南海盆残留扩张中心沿NNE向展布向西南延伸至112°E,莫霍面深度超过12 km,地壳厚度在6 km以上,而西北海盆没有明显的增厚扩张中心;在西南海盆北缘的中沙地块南侧,存在一个近EW向地壳减薄带,地壳厚度在9~10 km;莫霍面深度14 km的等深线和地壳厚度9 km的等值线可指示洋陆边界位置.

用近垂直地震反射方法研究莫霍面的特征与成因

利用近垂直地震反射方法研究了在中国满洲里－绥芬河地学断面域内泰康－哈尔滨约１３０ｋｍ范围内地壳结构和莫霍面特征．通过数据采集，定量处理和综合分析，得到以下认识：在野外观测中激发井深和震源能量是主要参数；在资料处理中速度分析与共反射点分布的处理是主要技术．分析莫霍震相可以得到它的层状与似层状内部结构以及起伏、断裂等外形特征．利用傅立叶谱、时频分析与瞬时信息可更细致地研究莫霍特征．影响莫霍特征与成因的因素主要为分异作用、地幔对流、相变、地球转动和板块运动；其中地幔对流和相变是形成莫霍的主要因素．

中国海陆莫霍面及深部地壳结构特征——以阿尔泰—巴士海峡剖面为例

中国海陆莫霍面及深部地壳结构特征研究是东亚地区宏观构造格架研究中的重点内容之一.本文以地震测深等数据为约束信息,以重力数据为基础,通过分区计算,反演了中国海陆莫霍面深度.依据地壳性质与莫霍面深度分布特征,划分了莫霍面深度梯级带与分区,并对各分区的莫霍面分布特点进行了归纳、总结.并选取阿尔泰—巴士海峡典型剖面进行了重、震反演,建立了密度结构.剖面上莫霍面深度和深部结构能够清晰地反映中国大陆“三横、两竖、两三角”构造格架中的两横和两竖,在昆仑—秦岭—大别以北的准噶尔地块和中朝地台莫霍面深度45-50km,而其以南至贺兰山—龙门山之间的祁连、柴达木至松潘—甘孜的莫霍面呈“W”型起伏,莫霍面深度由祁连地块北部的50km,加深至68km,在柴达木盆地抬升至58km,在阿尼玛卿山莫霍面降至68km,向南逐渐抬升至四川盆地的44km,经大兴安岭—太行山—武陵山这一竖的台阶式抬升至华南褶皱带的35km,在江绍—南岭以南缓慢抬升至南海北部陆架区的20-25km.在巴士海峡处南海沿马尼拉海沟向东俯冲,莫霍面形态较复杂.同时剖面上祁连—柴达木地块的中下地壳存在一个低速、低密度体,推测其可能是由于部分熔融引起的,是青藏高原东北缘壳内物质流动的通道.

深地震探测揭示的西北地区莫霍面深度

从20世纪70年代以来,在我国西北地区进行了大量的深地震探测研究。本文通过对西北地区的深地震探测研究的总结和梳理,探讨了西北地区的莫霍面深度与变化及其地球动力学意义。结果表明:比起我国其他地区,西北地区莫霍面无论是埋深还是形态均变化最大,反映出受印度板块与欧亚板块碰撞远程效应影响,西北地区地壳整体变形强烈。莫霍面最深(约90km)位于西昆仑与喀喇昆仑构造结合处,最浅处位于准噶尔盆地西缘的克拉玛依(约35.5km),最深与最浅相差约55km。在盆山结合部位及大型走滑断裂,如阿尔金断裂、中天山北缘断裂带等均存在莫霍面错断。天山造山带东西段莫霍面深度变化明显,西段深于东段。这些特征指示了中国西北部盆山之间的构造关系、天山造山带西段和东段不同的深部动力学机制以及古老断裂带的活化。

川滇地区莫霍面深度和地壳厚度

利用滑动平均法从川滇地区布格重力异常场分离出主要反映莫霍面起伏的低频布格重力异常场,将地震模型转换、并经过高程改正的密度模型作为初始模型,根据不同构造单元之间莫霍面上、下密度差不同,采用Parker法对低频布格重力异常场进行分区反演,得到了该区莫霍面深度和地壳厚度分布。结果显示:研究区西北部青藏块体从边缘向内部莫霍面深度和地壳厚度加深和增厚,分别为52～62km和54～66km;四川盆地莫霍面深度为38～42km;从南东向北西川滇菱形块体莫霍面深度为42～62km;红河断裂带以西的滇西地块,从南向北莫霍面深度为34～52km;龙门山、红河断裂带是莫霍面深度变化的梯度带;红河断裂带两侧自北向南莫霍面深度差异逐渐增加;攀枝花裂谷下方的莫霍面未发现明显隆起。川滇地区莫霍面深度分布明显受印度板块与欧亚板块碰撞及其向中南半岛侧向俯冲的制约。文中采用分区反演得到的莫霍面深度模型与已有的人工地震探测结果之间的均方差<1. 7km,同时通过与整体反演结果对比,表明在不同构造单元的地壳速度、密度结构存在明显差异的区域,以高分辨地震探测结果为约束,开展分区密度界面反演工作,可有效提高反演结果的可靠性。

东秦岭造山带莫霍面展布与碰撞造山带深部过程的关系

根据P波走时反演重建的三维速度图像，研究东秦岭造山带莫霍面的展布性态结果表明，在华北板块南缘潼关-登封-阜阳-线、商丹主缝合带北侧卢氏-奕川-方城-信阳-线和扬子板块北缘佛坪-陨西-武当山-枣阳-线莫霍面沿着造山带走向呈带状隆起而介于这三条带间，莫霍面均不同程度地下陷因此，东秦岭造山带在岩石圈缩短方向上莫霍面的展布目前仍然存在着很大的非均一性结合造山带地质、岩石地球化学和同位素年代学综合分析，认为造成莫霍面这一展布格局，主要与该碰撞造山带在不同演化时期各岩石构造单元中发生不同性态的岩石圈-软流圈和壳-幔间物质与能量的相互作用方式不一所造成的大陆动力学过程不同有关加上碰撞期后造山带深部岩石圈均衡在不同岩石构造单元中的差异，形成了东秦岭造山带目前莫霍面的展布。