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。

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.

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。

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。

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。

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.

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。

用远震接收函数研究龙门山断裂带与其邻区的莫霍面深度及波速比分布

利用龙门山断裂带及其邻近地区地震台站的远震波形记录,采用时间域迭代反褶积技术求取接收函数,并用H-Kappa叠加方法计算出各台站下方的莫霍面深度和波速比及其相应的误差。结果除了获得与前人研究大体相同的莫霍面深度分布轮廓外,还获得一些新的细节与认识：（1）莫霍面深度在四川盆地内为41~48km,在四川盆地西缘存在一个NNE向的＂舌状＂莫霍面隆起带,对应了龙门山逆冲构造带的前陆拗陷地带。（2）莫霍面深度从龙门山断裂带东缘的约42km向西很快增加到56km以上,形成一个总体展布为NE-NNE向的莫霍面深度的梯度带;该梯度带在龙门山断裂带北段和中段的走向大体与断裂带平行;然而,在龙门山断裂带南段地区,莫霍面深度梯度带展布转为NNE向,与断裂带走向呈15°~20°的交角,且梯度显著增高。（3）龙门山断裂带及青藏高原一侧各台站之下的莫霍面深度误差较大,可能与那里较复杂的地壳-幔结构、构造有关。（4）波速比的空间差异不明显,初步认为四川盆地一侧和青藏高原一侧的中-高波速比异常可能分别与台站下方存在含水沉积层以及壳内低速层（或通道流）有关。

大兴安岭造山带及两侧邻区莫霍面深度与泊松比分布特征

利用2009~2016年内蒙古自治区数字地震台网宽频带固定地震台站的远震波形数据,采用接收函数 H-k 算法获得23个基岩台站下方的莫霍面深度和泊松比,同时,收集并筛选出277个已有探测台阵和流动台站的接收函数研究结果,综合分析给出大兴安岭造山带及两侧邻区莫霍面深度、泊松比的分布特征。研究表明,研究区域的莫霍面在整体上呈现自东向西逐渐加深的特征,莫霍面深度为25 . 0~42 . 3km,平均约为33 . 5km。莫霍面最浅的区域为松辽盆地(深度为27 . 0~35 . 0km),最深的区域为大兴安岭重力梯级带以西地区(深度为41 . 0~42 . 3km)。研究区域泊松比为0 . 19~0 . 33,平均值为0 . 26,大于全球大陆地壳的平均值。泊松比高值异常区集中在火山岩区及具有较厚沉积层的盆地。台站所处位置的海拔与莫霍面深度之间具有较强的正相关性,艾里补偿模式在研究区成立,莫霍面起伏与区域地形地貌特征间具有显著的镜像关系。大兴安岭地区的莫霍面深度与泊松比间存在显著的反相关关系,而在松辽盆地及周缘地区未发现明显的规律性,这也意味着松辽盆地在构造演化过程中经历了更为复杂的地壳改造过程。

基于接收函数约束的川滇地区莫霍面深度反演研究

本文利用川滇地区宽频地震接收函数结果和WGM2012全球布格重力场模型数据,采用正则化参数和接收函数结果交叉验证得到最优莫霍面参考深度和上下界面密度差,使用基于球坐标系下的快速非线性重力反演方法建立川滇地区莫霍面深度模型.研究结果显示,川滇地区整体莫霍面深度介于30~69km,青藏高原内部地区莫霍面深度大于50km;四川盆地莫霍面深度在36~38km;攀枝花地区莫霍面出现明显的隆起和下凹,变化范围在42~48km;川滇菱形地块莫霍面深度在40~50km;滇西和滇南地块莫霍面深度由南向北逐渐变深,变化范围在38~44km.本文反演莫霍面深度与接收函数结果平均误差为0.18km,与该区域天然地震层析成像、人工地震探测以及重力数据反演结果基本一致,但细节更加丰富,进一步确认了莫霍面在攀西裂谷地区存在隆起,小江断裂带下方存在下凹的特征.该结果可作为精细化川滇地区地壳密度界面模型,为研究该地区岩石圈结构和地质构造演化提供参考.

中国海-西太平洋莫霍面深度分布特征及其地质意义

中国海—西太平洋位于欧亚板块、印澳板块和太平洋板块的交汇处,构造运动剧烈,地质情况复杂,是认识板块运动、洋陆相互作用、物质交换和能量传递不可多得的窗口,而莫霍面深度对于研究壳幔结构以及深部动力过程有着重要的意义.本文使用最新的覆盖全球的重力和地形数据,收集了深地震测深、多道地震测深等剖面183条,数字化得到2982个控制点,使用带控制点的三维界面反演方法来约束反演过程,得到中国海—西太平洋莫霍面深度,由莫霍面形态分析可知大洋板块的俯冲和印澳板块与欧亚板块的碰撞对西太平洋边缘海的形成演化有着重要作用.结合地热、岩石圈厚度、地震活动等地质地球物理资料,分析得知研究区内各个海域莫霍深度和地壳性质的变化是处于不同构造演化阶段的表现.并在马里亚纳沟弧盆拟合一条重力2.5维剖面,结果表明热物质上涌导致了马里亚纳海槽处地幔密度减小,马里亚纳海槽以及帕里西维拉海盆到西马里亚纳海岭的下地壳高密度异常是由残留的岩浆岩引起的.

利用远震接收函数研究江西省地震台站下方莫霍面深度及泊松比分布

利用三分量远震记录资料,计算获得了江西省13个数字地震台下方的体波接收函数,利用H-kappa叠加方法反演得到这些台站下方的地壳厚度及泊松比。结果表明,研究区域东西向莫霍面起伏平缓,南北向地壳厚度变化稍大,全区域内地壳平均厚度为31 km,最大深度为九江的35 km,最小深度为赣州的28 km。泊松比的分布在研究区内从0.2到0.3之间变化,最大为会昌的0.27,最小为南昌的0.21。赣南各台站泊松比分布明显高于赣北,这可能与该区域地幔组分及地质演化过程有关。

基于重力数据反演南海及邻区莫霍面深度分布特征

采用重力异常数据,在频率域内通过Parker-Oldenburg反演算法计算南海及邻区的莫霍面深度。通过EGM2008重力场模型联合GOCE重力场模型,计算研究区的自由空气重力异常;通过重力场分离,得到莫霍面起伏引起的重力异常,用于反演莫霍面深度。计算结果与地震剖面计算的莫霍面深度结果平均偏差1.59 km,标准偏差1.9 km。结果表明,南海及邻区的莫霍面深度分布具有明显的区域化构造特征。

采用接收函数法反演佛子岭台基莫霍面深度及波速比

接收函数法是目前地震波研究常用方法,以佛子岭地震台数字化仪器记录的远震事件数据为基础,使用Wiener滤波方法进行接收函数计算,应用H-Kappa叠加法,通过Ps转换波等震相拟合,反演台基的莫霍面深度、波速比及泊松比。

南极罗斯海重力场特征及莫霍面深度反演

本文基于中国南极考察第30航次、第32航次所获得的实测重力资料,结合NGDC资料,开展12个航次重力场数据的平差融合工作,全部386个交点平差后标准差减小为±1.53×10−5 m/s2,与卫星重力差值平均值为1.49×10−5 m/s2,均方差为±3.81×10−5 m/s2,并在此基础上采用频率域界面反演法计算莫霍面深度。研究发现,与沉积盆地对应重力异常低值相悖,在罗斯海北部盆地、维多利亚地盆地、中央海槽、东部盆地4个主要盆地腹地却表现为重力异常高值,跨度达100 km以上。莫霍面深度分布整体呈南深北浅之势,范围为10~28 km。伴随着罗斯海西部盆地的多次拉张及岩浆活动,该区域的地壳厚度和莫霍面深度高值和低值相间分布,并表现出越来越大的差异性。综合剖面结果表明,罗斯海重力异常值的长波长变化与莫霍面的起伏呈正相关关系,但是反演的莫霍面深度与区域重力场特征并非完全对应,所以岩浆底侵和地壳侵入仍不足以导致罗斯海盆地的重力异常或盆地几何形状。

利用重力数据反演中国东海海域莫霍面深度

莫霍面是地壳与上地幔的分界面,莫霍面的研究有助于认识地球深部构造及演化。在以往的研究中,由于重力反演方法、使用资料不同,中国东海海域莫霍面深度反演结果有较大不确定性。通过收集中国东海海域高精度地形和自由空气重力异常数据,计算了布格重力异常并分析了其构造特征。提取了中国福建省大田至中国台湾省花莲剖面和中国东海陆架盆地至菲律宾海盆剖面的重力异常数据,采用人机交互正演、反演拟合技术得到了这两条剖面的地壳密度与莫霍面深度。通过向上延拓的方法提取了莫霍面所引起的重力异常,在两条剖面反演结果和地震探测结果的约束下进行Parker-Oldenburg界面反演,得到了该地区的莫霍面深度。反演结果显示,中国东海海域莫霍面深度的变化范围为-34.4～-8.8 km,其结构呈两凹两凸的特征。

藏北羌塘盆地中部莫霍面形态及其动力学成因

本文通过对羌塘盆地内49个临时宽频带地震观测台阵数据的接收函数分析,采用H_(-κ)叠加和CCP叠加成像两种方法,获得到了藏北羌塘中部莫霍面深度以及泊松比分布.作为羌塘盆地构造单元的南缘边界,班公湖一怒江缝合带下的Moho存在一个南深北浅、断距约10km的台阶;把羌塘盆地分为两部分的羌塘中央隆起带下存在一个3 km的Moho台阶;北羌塘盆地下的Moho平均深度约为60km,而南羌塘约为63km.羌塘高原下的近水平Moho结构可能是受到印度大陆北向俯冲作用下的青藏高原隆升过程中Moho再均衡所致或者与其构造演化有关.泊松比值具有明显的构造分区特征,如南羌塘下的泊松比平均为0.31,双湖缝合带下的泊松比接近正常值,为0.265,而北羌塘的泊松比平均为0.285.

鄂尔多斯地块西缘莫霍面起伏及泊松比分布

收集了鄂尔多斯地块西缘的21个宁夏区域地震台网台站和183个中国地震科学探测台阵台站记录到的2015年1月至2016年1月期间的远震P波资料,通过对其进行反褶积提取接收函数,并利用H-Kappa叠加方法计算了研究区内的莫霍面深度和泊松比。结果表明:研究区的莫霍面深度在36—58 km范围内变化,大体呈南厚北薄、西厚东薄的特点,且具有明显的分区特征,即以香山—天景山断裂为界,莫霍面在南北向呈现明显的起伏变化,该断裂以南的地壳增厚方式可能与青藏高原的水平挤压力所导致的上地壳重叠有关;贺兰山东麓断裂两侧的莫霍面深度落差明显,这可能是由于青藏高原东北缘NE向的挤压力以及阿拉善地块与鄂尔多斯地块之间NW-SE向的拉张力共同作用所致。研究区的泊松比整体较高,其中鄂尔多斯地块的平均泊松比要高于青藏高原东北缘的平均泊松比,银川地堑内的高泊松比现象可能与黄河—灵武断裂为超壳断裂有关;研究区内的莫霍面深度与地表高程具有较好的正相关性,说明其地壳均衡效应较好,而整个研究区内泊松比与莫霍面深度的线性关系并不明显。此外,本研究还进一步揭示了研究区内莫霍面深度与泊松比反相关最明显的两个区域,这种明显的反相关关系也表明,构造上的挤压力或拉张力更容易集中在长英质的弱岩层而使地壳增厚或减薄。综上进一步认为,从海原断裂至香山—天景山断裂这一区域及贺兰山东麓断裂两侧区域下方的地壳成分以长英质岩石为主。