利用Moho面起伏及地表地形数据反演岩石圈有效弹性厚度的莫霍地形导纳法(MDDF)

区域岩石圈有效弹性厚度Te的确定对认识其力学性质及演化等动力学问题具有重要意义.长期以来,大陆地区有效弹性厚度的确定一直存在着争议.尽管Pérez-Gussinyé等2004年的研究消除了不同方法(自由空气导纳法和布格相关法)之间的分歧,但其确定有效弹性厚度的误差仍然非常大.本文提出了利用Moho面起伏及地表地形反演岩石圈有效弹性厚度的Moho地形导纳法(MDDF),并利用合成的地表地形和Moho面起伏模型验证了该方法的可行性.结果表明,与传统的重力地形导纳法相比,使用Moho地形导纳法(MDDF)反演岩石圈有效弹性厚度,能较好地提高反演精度.

考虑沉积层重力改正的中国西部Moho面深度反演

首先研究了大型沉积盆地对地表重力异常的影响,然后基于Parker-Oldenburg迭代算法,利用经过沉积层改正的布格重力异常数据反演了中国西部的Moho面深度。结果表明,地壳浅层密度异常对地表重力异常和Moho面深度结果的影响较大,利用简化的三层沉积层模型,计算出的中国西部沉积盆地的重力异常改正最大可达25 m Gal,由此引起的Moho面深度可达2.2 km,Moho面深度最终计算结果与区域最新研究成果相符合,因此,利用重力异常反演Moho面深度时,应考虑沉积层的影响以提高反演精度。

北京及邻近地区Moho面的深度分布及其构造意义

利用北京台网３８个台站记录的北京及其附近地区１９９０～１９９３年３０３个２０级（唐山地区３０级）以上地震，共３０１４条Ｐ波到时、６６６条Ｐｎ波到时及１１３５条Ｓ波到时资料，采用Ｈｏｒｉｕｃｈｉ等（１９８２ａ；１９８２ｂ）提出的“地壳二维深度结构”方法，研究了这一地区Ｍｏｈｏ面的深度分布特征，同时联合测定震源位置及Ｐ，Ｓ波台站校正值。另外，用华北台网（１９９３，１９９４年）的资料也进行了试算。结果表明：（１）Ｍｏｈｏ面的深度分布明显由西北向东及东南方向递减，即北部山区张家口附近最深，可达４０～４２ｋｍ左右，北京地区为３６～３９ｋｍ，而位于东部的秦皇岛、北戴河一带则约为２８～３０ｋｍ，东南部约为３０～３２ｋｍ；（２）在唐山附近有一以唐山为中心、东西向为长轴、南北向为短轴的近似椭圆形分布的界面（约１°×２°），该界面边界模糊，中心深度约为１３～１５ｋｍ；（３）山区部分基岩裸露，凹陷区沉积岩层相对较厚，最厚约为６２ｋｍ。

垂直重力梯度反演Moho面的频谱域公式及其应用

通过求解引力相等原则下的Fredholm积分方程,可以得到不规则单一密度界面(Moho面)的起伏.本文充分参考了前人的理论研究,推导出扰动垂直重力梯度确定Moho面深度的频谱域表达式,该式具有二次项迭代精度.运用此公式进行了全球Moho面的恢复计算,并将该结果与CRUST1.0模型和GEMMA Moho模型进行了对比和验证.

一种改进的适应于倾斜Moho面的H-κ-θ叠加方法及应用

地壳厚度、波速比或泊松比是研究地壳结构和性质的基本地震学参数,对于研究地壳组分特征及构造演化具有重要意义.经典H-κ叠加方法是利用远震接收函数资料求取台站下方地壳厚度和波速比最为简便高效的方法.但该方法隐含着Moho面是水平界面的假设条件,意味着Ps转换波及后续多次波相对P波的走时主要取决于地壳厚度和纵横波速度,而忽略了界面产状的影响.理论模拟表明,如果不考虑Moho面的产状,特别是在Moho面倾角较大的情况下,利用经典H-κ叠加方法得到的地壳厚度和波速比会偏离实际模型,尤其会造成波速比的过高估计,从而影响到对地壳结构和性质的认知.为了解决Moho面倾斜条件下的地壳厚度和波速比求取问题,本文推导了界面倾斜条件下Ps转换波与后续多次波相对于直达P波的理论到时公式;基于经典H-κ叠加方法的思想,提出了一种可以同步求取地壳厚度-波速比-Moho面倾角的H-κ-θ叠加方法.通过理论模型测试,验证了该方法具备较高的稳定性和可靠性,并将此方法应用于青藏高原南部Hi-CLIMB台阵资料,显示出较好的应用潜力.

接收函数确定Moho面速度和密度跃变的方法研究及应用

通过对单层模型反射和透射系数的推导,提出了利用接收函数一次转换波和多次波确定Moho面速度和密度跃变的速度-密度跃变(δβ-δρ)扫描叠加方法.利用反射率法计算了不同模型的远震理论地震图,按照与处理实际观测波形一致的方法和流程计算了理论接收函数;根据不同模型数值试验结果,深入分析了界面速度和密度跃变对接收函数震相幅度的影响.利用(δβ-δρ)扫描叠加方法,对理论接收函数进行了数值试验,结果证明了该方法的可行性.最后将该方法应用于位于青藏高原东北缘的高台(GTA)台和兰州(LZH)台,确定了两个台站下方Moho面的速度跃变分别约为(19±1)%和(20±1)%,密度跃变最小值为(4±2)%和(6±2)%.

Moho面和上地幔间断面大尺度地形起伏的低阶球谐分析

对全球地形高程和Moho面深度 (CRUST2 0模型 )及上地幔各间断面深度数据进行了球谐分析 .在此基础上 ,通过叠加前 4阶模式得到了各类数据的空间大尺度分布信息 ,通过叠加振幅平方值最大的 4项得到了各类数据的空间主能量分布 .结果表明 ,Moho面和‘41 0’间断面的地形存在半球尺度的大尺度非对称性 ,而且南北半球非对称性比东西半球的更显著 ;而‘5 2 0’和‘660’间断面的地形起伏已没有半球尺度那么大的非对称性 ,而是尺度略小些的不对称性 .

青藏高原东南缘Moho面速度密度跃变研究

青藏高原东南缘地下深部结构的研究对了解青藏高原的变形机制和动力学过程具有重要意义.本文利用四川、云南固定台站记录到的远震波形资料,首先采用接收函数H-k叠加方法获得青藏高原东南缘台站下方的地壳厚度和波速比.进而利用接收函数一次转换波和多次波幅度信息确定了青藏高原东南缘Moho面上的S波速度和密度跃变.研究结果表明:研究区由南到北地壳厚度逐渐增加,从永德、沧源、孟连地区的33 km左右增至巴塘地区的69.7 km左右,厚度变化了近乎37 km.四川盆地和松潘甘孜块体南部的姑咱地区具有高泊松比、速度密度跃变较小特征,表明这两个地区含有较多铁镁物质.腾冲地区、龙门山西侧的汶川地区、四川盆地西南缘的沐川地区以及则木河断裂的石门坎至东川地区同属于高泊松比、速度密度跃变较大,显示这些地区壳内存在部分熔融.

青藏东缘三维Moho界面的位场遗传算法反演

针对波数域中Parker-Oldenburg位场迭代反演方法中存在向下延拓的问题,提出了利用改进的遗传算法进行三维Moho界面反演的位场遗传反演方法。通过模型试算证明了该方法的有效性和稳定性,并利用该方法反演了青藏高原东缘三维Moho界面的分布。

青藏高原Moho界面起伏样式对通道流模型的动力学响应——基于数值模拟

青藏高原的高精度人工源深部地震探测发现:壳一幔边界(Moho)并非是一物理学上的"刚性"界面,它不仅起伏变化强烈,极为凹凸不平,而且被一系列规模不一,产状各异的深大断裂所切割,故必然会导致复杂的地表和深部物质运移动力学响应的复杂化.在常见的通道流模型中,一般均设定下地壳与上地幔之间为一平缓界面,在数值模拟工作中亦常简化为平滑的约束界面.为此,基于青藏高原实际资料提取的壳、幔介质平均速度模型,采用黏弹性数值模型讨论Moho界面起伏变换样式对通道流模型产生的响应.研究结果表明:(1)通道流效应的影响仅限于小区域内,当Moho面存在起伏样式变化时,确会对通道流产生影响,Moho界面的起伏增强了下地壳和岩石圈地幔的同步运动效应,但是其影响范围是有限的;(2)Moho界面起伏形态变化对地表和Moho界面水平位移产生的影响各异,在Moho界面发生错断的地方,呈现为地表水平位移开始发生明显加速减小的地方,即地表与深部介质水平位移解耦,模型深部动力学效应与地表的响应并非为局部性效应,而至少体现出区域性的响应.

基于重力的莫霍面反演方法比较

详细回顾了基于重力方法反演Moho面的地壳均衡理论(包括普拉特-海福特模型、艾黎-海斯卡涅模型、维宁曼尼斯区域模型3种经典模型)、Vening Meinesz-Moritz(VMM)反演理论、Parker-Oldenburg(P-O)反演理论、Parker-Oldenburg扩展反演理论、直接法反演理论等算法的研究现状,并阐述了各种算法之间的区别和联系。同时,详细论述了地壳均衡理论与Moho面反演之间的区别和联系。重点剖析了重力反演Moho面算法的优点和局限性,为高精度、高分辨率反演Moho面深度提供了理论指导。最后对重力反演Moho面方法进行了展望,并提出了新的解决方案。

新疆富蕴—库尔勒剖面接收函数方法获得的地壳上地幔结构成像

利用远震接收函数方法处理宽频地震探测数据获得富蕴-库尔勒剖面地壳上地幔结构转换波成像。中天山南缘断裂下方自南向北Moho转换界面具有向北倾斜的特征，且此转换界面有间断，深度逐步由50km加大到60～70km。北天山北缘断裂北部下方相对连续的转换界面明显以较小的幅度向南俯冲延伸到80～90km深度。中天山南缘断裂到乌鲁术齐之间，除间断、斜交和叠置的Moho转换界面外，还可见其他转换界面。乌鲁木齐以北，进入准噶尔盆地Moho转换界面相对平缓深度在50km上下，最深处靠近天山附近。天山Moho面的加深、重叠以及地震发生的深度表明本区天山构造活动较强，天山的山根深度近100km。相对于天山西段本区南北向的推挤作用明显减弱。

银川盆地构造发展——深地震反射剖面揭示浅部地质与深部构造的联系

横跨银川盆地北西西向的深地震反射剖面，清晰揭示了银川盆地边界断裂以及整个地壳的结构构造特征，这对研究具活动大陆裂谷性质的银川盆地浅—深构造关系具有重大的意义。贺兰山东麓山前断裂、黄河断裂作为银川盆地的西、东边界断裂，前者为一条缓倾斜、延伸至上、下地壳边界的犁式断裂，而后者则为一条切穿地壳并延伸进入上地幔的深大断裂。根据深地震反射剖面揭示的地壳结构特征，银川盆地浅部结构并非前人认为的“堑中堑”结构，而是表现为由一系列东倾犁式正断层控制的新生代断陷。略微下凹的Moho面几何形态以及厚2～3．2km的层状强反射带为下地壳最显著的反射特征。Moho面深度与强反射带厚度变化趋势与银川盆地沉积厚度变化趋势几乎一致。本文认为，强反射带的成因可能是由源自地幔的基性岩浆以岩席状的形式底侵进入地壳底部造成的，而这部分形成强反射带的物质可能补偿了因银川盆地断陷而造成的地壳减薄，最终导致银川盆地之下Moho面并未像之前所认为的那样隆起。

利用Moho地形导纳法(MDDF)反演中国大陆岩石圈有效弹性厚度

本文用数值实验方法验证了,在Moho地形导纳法(MDDF)中使用先由重力数据反演的Moho面相对起伏数据,能较传统的重力地形导纳法获得更高的反演精度.之后作者应用Moho地形导纳法(MDDF)反演获得了精度较高的中国大陆区域岩石圈有效弹性厚度.结果显示:(1)中国地区岩石圈有效弹性厚度Te从东向西大体上呈阶梯状上升;(2)Te与岩石圈地震-热厚度、地表热流、上地幔顶部的地震波速度等数据密切相关;(3)在中国中东部,Te较低的区域以及Te的高低值转换带对应较强的地震活动性.但在西部,Te与地震活动性的相关性并不明显.

地壳流变结构控制作用下的龙门山断裂带地震发生机理

青藏高原东缘低地形变速率的龙门山断裂带上相继发生了2008汶川Mw7.9级地震和2013芦山Mw6.6级地震.地震勘探与震源定位结果揭示了龙门山区域地震空间分布特征:纵向上,龙门山断裂带这两次地震主震均发生在龙门山断裂带上地壳的底部(14～19km),绝大部分余震均发生在上地壳范围(5～25km),而在其中、下地壳深度范围内鲜见余震发生;横向上,地震(Mw>3)在龙门山断裂带青藏高原一侧密集分布且曾有大震发生,而四川盆地地震稀少(Mw>3).为探讨龙门山断裂带地震发生机理,并解释以上龙门山区域地震空间分布特征,本文建立了龙门山断裂带西南段跨芦山地震震中区域的四种不同流变结构的龙门山断裂带三维岩石圈模型,以地表GPS观测资料为约束边界条件,数值模拟龙门山断裂带岩石圈在数千年以上长期匀速构造挤压作用下的应力积累特征,探讨了地壳分层流变性质对地壳应力积累的影响,分析了该区域地震空间分布与构造应力积累速率的关系.计算结果表明:该区域在数千年的应力积累过程中,脆性上地壳中应力表现近于恒定值的线性增长趋势,龙门山断裂带上地壳底部出现应力集中积累现象,这一应力集中现象可以解释龙门山断裂带汶川地震与芦山地震主震的发生,及其大部分余震在脆性上地壳中的触发;青藏高原一侧上地壳应力积累速率远远高于四川盆地的应力积累速率,这一应力积累分布现象可以解释龙门山区域青藏高原一侧地震密集而四川盆地地震稀少的地震空间分布特征;通过比较不同流变结构模型中的应力积累状态,认为导致这一应力积累空间分布状态的重要控制因素在于青藏高原中、下地壳较低的黏滞系数与四川盆地中、下地壳较高的黏滞系数的差异.在柔性的中、下地壳内,应力增长近于指数形式,稳定状态之后其应力增长速率近于零,构造应力积累难以达到岩石破裂强度,因而鲜见地震发生.地壳各层位的应力增长率差异与地震成层分布的现象共同揭示了龙门山区域岩石圈分层流变结构:脆性上地壳、韧性中、下地壳(青藏高原一侧较弱,四川盆地一侧较强)、韧性岩石圈上地幔.

华北地区热均衡、重力均衡与深部构造

本文基于最新的全球重力场模型TopexV18.1数据,在区域背景尺度下,计算了华北地区的区域布格重力异常,并反演了Moho而分布特征;在此基础上结合区域地热流测量数据,讨论重力均衡和热均衡调整过程对现今地形的影响:最后,结合已有的速度结构模型和岩石圈热参数,对10个次级块体单元的热均衡特点开展了综合对比研究.研究结果表明:华北地区构造块体单元之间由于克拉通底部受到不同程发的破坏,不仅深部构造特征差异性明显,而且其构造热均衡特点也不尽相同.根据平均地震波速去掉重力均衡作用后恢复的高程-热流关系表明,均衡作用对于现今地形的改造作用十分显著,但根据该方法对燕山隆起和冀中坳陷两个块体的恢复效果不明显.

利用接收函数方法研究喜马拉雅东构造结地区地壳结构

本文使用位于喜马拉雅东构造结地区布置的24个宽频带地震台站记录的远震波形数据,利用P波接收函数的方法研究了台站下方的Moho面深度、泊松比和地壳速度结构.结果表明,东构造结内Moho面深度呈现出自南西向北东方向逐渐变深的趋势,地壳厚度在54~60 km范围内,其中东久一米林走滑断裂带附近Moho面最浅,东构造结周围拉萨地块的Moho面深度在60 km以上.东构造结西部东久一米林走滑断裂带附近地壳泊松比较高.嘉黎断裂带南北两侧的泊松比差别较大,说明该断裂带两侧地壳结构存在显著差异.东构造结周边拉萨地块地壳内普遍存在低速层,分布在20~40 km深度范围内,厚度约为5~15 km.

羌塘及南缘地区的地壳结构

通过对INDEPTH III宽频地震资料的处理,采用最新发展的接收函数深度偏移叠加方法,获取羌塘盆地南部及与拉萨地块北侧的剖面。偏移图像勾画了羌塘地区的两盆夹一隆的基底,以及羌塘下地壳内存在的北倾构造序列。冈底斯的基底与羌塘地区有一定的延续性,而拉萨地块的上地壳则完全不同。同时通过与人工深反射地震剖面,发现主要大型的断裂构造在接收函数剖面上均可进行追踪对比,对于羌中隆起和和羌塘南北凹陷的深部成因有启示作用。同时发现班公-怒江缝合带Moho面错断并不明显,而在拉萨地块下方呈现的双Moho在色林错下方进行了合并。在南羌塘Moho面转换波强度不大,而北羌塘又重新恢复正常,推测这是拉萨地块向北的推挤造成羌塘下地壳部分地区重新分异的结果。双Moho的成因有待进一步分析,应该与拉萨地块下方大规模低速物质活动和MHT拆离断层的延伸有关。

利用H-Kappa方法反演中国地区台站下地壳厚度

近年来，接收函数已经成为一种重要的计算地壳厚度的方法，它是利用直达P波和Moho面转换S波震相的到时和振幅差来反演计算地壳的厚度和速度结构的．本文在传统的接收函数基础上，采用了多次反射波能量扫描求极大值和波形叠加反演的方法（H—Kappa方法）．该方法虽然需要较大的数据量，且要求数据的覆盖范围大，但具有能够同时快速准确地计算出地壳厚度H和Kappa值的突出优点．本文计算了中国国家台网记录到的大量震中距满足30°～90°、震级在5．5～7．0的远震P波的接收函数，从中挑选出了2233个信噪比较高、震相清晰的接收函数进行H—Kappa方法反演．结果表明：中国东部台站下方的地壳厚度为33～36km，中部地区的地壳厚度为38-45km，而青藏高原地区台站下方的地壳厚度则高达73km左右．总体上看，青藏高原地区的地壳厚度最大，天山、准格尔盆地、内蒙古大部地区次之，中国华南沿海一带地壳厚度更小，呈现出地壳厚度自西到东逐渐减薄的规律．

松辽盆地布格重力异常小波多尺度分解与解释

松辽盆地是中国东北盆地群的代表性盆地之一。松辽盆地及其邻区的布格重力异常分布特征以北东—北北东向为主,其次为东西向,重力场分区分块特征明显,显示了明显的拼贴构造背景,依据布格重力异常特征对研究区构造单元进行分区,共分成松辽盆地异常区、大兴安岭重力梯级带等5个特征区。利用小波多尺度分解方法对松辽盆地重力场进行分离,选择最佳的分离阶数(4阶),随后利用对数功率谱确定每阶异常的视深度,提取区域异常,分层研究地壳顶部(D1G)、基底(D2G,D3G)及深部密度界面(A4G)的起伏特征,共圈定基底凹陷14个,并绘制了研究区的Moho面埋深图。地球物理特征揭示了松辽盆地的深部构造,为研究盆地油气勘探及构造演化提供了重要依据。