新疆天山中段地壳和上地幔顶部P波速度结构研究

天山造山带一直以来是研究盆山耦合作用的理想场所,深入理解这一地区的壳幔结构对认识天山造山带深部动力学过程具有重要意义.本研究基于2009—2020年新疆区域数字地震台网固定台站、震后架设应急流动台站以及部分宽频带流动地震台站记录到的MS≥1.5地震到时资料,采用双差地震层析成像方法反演获得了新疆天山中段精细的地壳和上地幔顶部三维P波速度结构和地震震源参数.结果显示:新疆天山中段具有复杂的深浅构造关系,地壳浅部及上地壳P波速度结构与地表地质构造密切相关,高速异常区对应于天山造山带,低速异常区对应于沉积盆地.研究区中东段中地壳和下地壳存在较大范围低速区,与两侧准噶尔盆地和塔里木盆地上地壳和中地壳低速区相连,且准噶尔盆地和塔里木盆地下地壳及上地幔顶部双向均向新疆天山中段下方倾斜.结合前人诸多研究成果推测,在南北向构造挤压作用下,塔里木盆地与准噶尔盆地双向向天山造山带壳幔岩石圈发生"层间插入与俯冲削减".重定位后地震分布显示,地震震源深度优势范围为0~25 km,主要沿断裂带、盆山结合部以及不同块体接触部位分布,且与壳内低速体有较好的相关性.这些结果可能为研究新疆天山中段地壳和上地幔顶部速度结构和动力学过程提供参考依据.

小江断裂带周边地区三维P波速度结构及其构造意义

作为青藏高原的东南边界,小江断裂带在高原物质的侧向逃逸中发挥着重要的作用.本文利用流动地震台阵及固定台站的走时观测资料,对小江断裂带及周边区域的壳幔三维P波速度结构进行了研究.结果表明,在中上地壳,小江断裂带内部主要为低速异常,其东侧主要为高速异常.在中下地壳,小江断裂带中部为低速异常,北部和南部主要为高速异常,其中北部的高速异常可延伸到地表附近,南部的高速异常可一直延伸到上地幔.我们推测,小江断裂带中部的低速异常与深部热作用有关;北部的高速异常可能是晚古生代地幔柱活动导致大量基性和超基性幔源物质侵入地壳引起的,它的存在对青藏高原物质向南逃逸起到了一定的阻挡作用,可能是导致川滇活动块体北部次级块体快速抬升的重要因素;南部顶界面向北倾斜的高速异常体对川滇活动块体向南滑移起到了进一步的阻挡作用,导致其上覆的中上地壳低速异常区发生较强的变形和强烈的地震活动,同时在上地幔深度范围起到了稳定的作用,使其南部区域的介质受青藏高原物质向南挤出的影响明显减小.

苏鲁大别造山带岩石圈三维P波速度结构特征

本文全面收集整理并解析了地学断面、地震测深、体波和面波层析成像资料,得到了苏鲁大别造山带及其邻区岩石圈1°×1°三维P波速度数据体。研究结果表明,苏鲁与大别造山带高压、超高压变质带的岩石圈速度结构具有上地壳明显高速且上凸;中地壳增厚;下地壳埋藏较深且下凹等相似的基本特征。苏鲁和大别超高压变质带下的莫霍面比其周围深2～4 km,深度分别达到32～33 km和34～38 km。在大别造山带,有地壳低速体从南向北俯冲到上地幔的迹象,可能显示了扬子地块地壳物质向华北地块俯冲,坠入上地幔的残留体。超高压变质带岩石圈底部的地幔,往往有明显高速层或高速体存在。苏鲁与大别地区的岩石圈速度结构不同特征及其成因在于苏鲁地区上地壳P波速度更高,但是,下地壳下凹没有大别地区明显,而且区域构造较为均一。这可能是受到郯庐断层左行平移的主控影响所致。郯庐断裂带的上、中地壳和上地幔表现为相对低速异常,郯庐断裂及其地下延伸部分将岩石圈地幔浅部低速层和深部高速层切为两段,其影响深达岩石圈底部约90 km处。

张渤构造带中东段二维P波速度结构——安新—香河—宽城剖面

为了获取首都圈地区 (3 8.5°N～ 41 .0°N ,1 1 4.0°E～ 1 2 0 .0°E)三维地壳精细结构 ,在该地区实施了 6次人工爆破 ,进行三维深地震测深 .利用纵测线安新三台、安次旧州、三河新集、遵化平安城 4炮的人工爆破资料 ,研究张渤带中东段的二维速度结构 .华北平原和燕山褶断带的深部分界位置大体在宝坻断裂一带 ,深部结构构造表现为宽约数十千米的一个异常带 .分界处的壳幔结构为 :结晶基底明显凹陷 ;壳幔边界之上为强正速度梯度层 ,厚约 3～ 4km ,可能是上地幔物质上涌到下地壳底部的结果 ;壳内界面和莫霍边界上隆 ,并可能存在错断 .华北盆地地壳薄 ,壳内存在低速体和局部结构异常 ;燕山褶断带地壳厚 ,壳内分层明显 ,速度分布均匀 .两构造单元结构存在明显差异 .

京津唐地区中上地壳三维P波速度结构

根据华北遥测台网和延庆-怀来数字地震台网记录的京津唐地区(113.5～119.5E,38.0 ～41.5N)1992～1999年共16 048条P波首波到时资料,利用近震层析成像方法反演了该地区中、上地壳三维P波速度结构,并用所得到的地震波三维P波速度模型同时得到了震级ML1.7～6.2的1 132次地震的精确震源参数.反演结果揭示了京津唐地区地震P波速度结构明显的横向不均匀性.

南海东北部及其邻近地区地壳上地幔P波速度结构

利用中国地震台网和ISC台站记录的P波到时数据,采用球坐标系有限差分地震层析成像方法反演了南海东北部及其邻近地区壳幔三维P波速度结构,并分析了不同地质单元的构造差异及其深部特征。结果表明:南海东北部表现出陆架地区的岩石层特性,属于华南大陆向海区的延伸,岩石层厚度较大,现今不存在大规模的地幔热流活动,推测大陆边缘张裂作用仅限于地壳内部而没有延伸进入上地幔,具有非火山型大陆边缘的深部特点。中央海盆附近上地幔P波速度明显降低,与海盆下方地幔热流活动密切相关。不同的速度异常特征表明:华南大陆暨台湾地区属于欧亚大陆的正常地壳或是与菲律宾海板块相互作用产生的增厚型地壳,冲绳海槽则是弧后扩张产生的减薄型地壳。滨海断裂带作为华南大陆高速异常和南海北部高速异常的分界,代表了一定地质时期华南地块和南海地块的拼合边界。断裂附近的上地幔低速异常揭示了闽粤沿海岩浆作用的深层动力机制。吕宋岛弧、马尼拉海沟、东吕宋海槽的速度异常与其所处的特殊构造位置有密切的关系,清晰地反映出岛弧俯冲带的地壳结构差异;台湾南部至吕宋岛弧的上地幔低速异常揭示了两个重要火山链的深部构造特征,北吕宋海脊下方100km深度的条带状高速异常有可能代表了俯冲下沉的岩石层板片。

龙门山断裂带南段地壳一维P波速度结构

基于2009年1月1日至2013年5月6日四川地震台网、重庆地震台网记录的龙门山断裂带南段587个地震的5 012个P波到时数据,利用最小一维速度模型方法反演了龙门山断裂带南段地壳一维P波速度模型及台站校正值,并将其应用到龙门山地区地震重定位中。结果表明,台站校正值表征出龙门山断裂带南段地表速度结构的横向不均匀性,青藏高原的彭灌杂岩体及宝兴杂岩体在近地表表现为高速异常,而四川盆地的第四纪沉积表现为低速异常。重定位后地震震源在北西向的剖面上呈明显的条带状并向北西倾斜,该地震带与宝兴杂岩下方的滑脱带延伸趋势一致。此外,该地震带上方分布着一条反冲地震带,两地震带呈"y"型分布,这可能是宝兴杂岩上方的岩层为调节逆冲过程受阻而产生的反冲运动所致。

利用非线性方法反演琉球-台湾-吕宋地区的岩石层P波速度结构

根据中国地震台网和ISC台站提供的P波走时资料,使用差异演化全局优化算法(DE算法)和移动窗方法反演了琉球-台湾-吕宋地区岩石层尺度的P波速度结构.在台站和地震分布较为密集的地区,反演窗口为2°×2°,移动步长为1°;在台站和地震较少的地区,反演窗口为4°×4°左右,移动步长为2°.反演结果揭示出琉球-台湾-吕宋地区壳幔结构的横向差异:琉球岛弧西侧受冲绳海槽地幔热扰动的地壳减薄,东侧由于菲律宾海板块的俯冲挤压地壳略有增厚;欧亚大陆与菲律宾海板块的相互碰撞导致台湾地区地壳及岩石层明显增厚;吕宋及菲律宾北部岩石层受岛弧火山下方热流影响较大.结果表明,非线性全局优化算法和移动窗方法能够用于反演较大尺度速度结构的横向变化.

1927年古浪8级大震及其周边地区三维地壳P波速度结构特征

本文联合利用甘肃及周边测震台网记录的古浪及周边地区4592次地震的P波绝对到时资料和相对到时资料,采用双差地震层析成像方法反演了古浪震源区高分辨率的三维P波速度精细结构.结果显示,浅部P波速度分布与地表地质之间具有很好的对应关系.皇城—双塔断裂带在6km以上深度表现为高速异常带,而在6~15km逐渐转换为明显的低速特征,之后再次转换为高速体.震区下部在10~20km深度有一个尺度约200km2的低速异常体,地震发生时破裂首先在该低速体发生,与主震空间位置非常吻合.主震区的岩石结构主要由奥陶纪变质砂岩、石英岩和加里东期的花岗岩等坚硬岩体组成.这种坚硬岩体对应的P波速度结构为高速体,有利于能量积累.武威盆地在20km以上深度表现为明显的低速异常,在25km深度之下,整体显示为高速体,表现出稳定块体的特征.表明武威盆地中下地壳和上地幔顶部已插入到冷龙岭隆起带之下.震区小震重新定位发现,皇城—双塔断裂带东、西两段表现出不同的力学运动性质,西段以逆冲运动为主,地震主要发生在断裂的下盘.而东段地震却主要发生在上盘,断层活动以局部拉张为主.我们还首次发现在皇城—双塔断裂带的中段与主破裂呈垂直方向存在有在主震发生时新产生的一条共轭断层,基于小震的断层面参数反演显示该断裂是一高倾角运动性质以右旋为主兼具正断的断裂.

中国北部及蒙古地区上地幔P波速度结构的研究

利用ＣＤＳＮ以及境外的数字地震台网观测的宽频带体波波形资料，采用体波波形反演方法，对中国北部及蒙古地区的上地幔平均Ｐ波速度结构以及部分地区的横向不均匀性特征进行了研究．结果表明，该地区上地幔盖层的Ｐ波速度较低（约７．８～８．０ｋｍ／ｓ），平均盖层厚度约６０ｋｍ，在４１０和６６５ｋｍ附近存在速度跳跃分别为０．２９和０．５５ｋｍ／ｓ左右的速度间断面．准噶尔盆地上地幔顶部Ｐ波速度约７．７ｋｍ／ｓ．上地幔盖层具有较高的速度梯度（平均速度梯度＞０．００５５／ｓ）和较大的厚度（９０～１００ｋｍ），在１４０ｋｍ深处Ｐ波速度可达８．２ｋｍ／ｓ左右．贝加尔湖附近上地幔盖层的平均Ｐ波速度介于８．０～８．０５ｋｍ／ｓ之间，上地幔盖层厚度约３０ｋｍ．

云南小湾水库蓄水后P波速度结构的双差地震层析成像研究

联合小湾水库库区及其附近11249个地震的P波绝对到时、相对到时数据,利用双差地震层析成像方法反演得到小湾水库蓄水后2008年12月16日～2011年6月30日和2011年7月1日～2016年12月31日2个时间段内库区及其附近的地震重定位结果和三维P波速度结构。结果表明,蓄水后黑惠江段和小湾水库回水澜沧江段地震的增多与水库蓄水有关。由于水体渗透导致孔隙压变化,并随着时间的推移孔隙压变化朝着更深的部位扩散,地震震源深度也随之向深部扩散,进而导致介质变化和P波速度降低。蓄水回水至澜沧江保山段后该区域地震增多,P波速度下降,库水渗透作用为主控因素,该区域地下一定深度的地质构造有利于库水的快速渗透。初步判定2015年10月30日云南昌宁M_S5.1地震余震序列是与蓄水有关的柯街断裂上的构造地震。同时,也存在着与蓄水相关性不大的属于构造地震的活动,如云南施甸一带历来地震多发,施甸2010年6月1日M_L4.8、2012年9月11日M_S4.7地震序列均属于构造地震,与水库蓄水无关。

华北北部地区地壳三维P波速度结构的双差地震层析成像

利用区域固定台站和华北科学探测台阵记录的10 461个近震事件的183 909个Pg波绝对走时和495 753个相对走时数据,采用双差地震层析成像获得华北北部(37.5°～41.5°N,111.5°～119.5°E)范围内的地壳三维P波速度结构模型。结果表明:研究区内各主要构造单元具有明显不同的速度结构特征,速度异常的走向与区域构造的走向一致,浅层速度图像很好地反映了地表地质和岩性的变化;重定位后的大部分地震集中在0～20km的深度上,主要位于低速区的内部或高速和低速区的交界部位;三河—平谷和唐山地震震源区中、下地壳的低速异常可能是流体的显示。结合前人成果和本文模型所揭示的深、浅结构,我们认为太平洋板块在中国东部之下的俯冲和滞留引起板块脱水、软流圈物质上涌等一系列过程,软流圈热物质到达上地幔顶部并沿超壳断裂上侵进入地壳,致使上地幔顶部和下地壳中的含水矿物发生脱水作用产生流体,流体继续上移造成中、上地壳发震层的弱化,从而导致大地震的发生。因此华北北部地区的强震活动,以及地壳结构的非均匀性应是与太平洋板块俯冲、滞留引起的深部过程密切相关的。

鄂尔多斯及其周边区域远震P波速度结构及与强震活动的关系

与华北克拉通东部地块岩石圈大规模减薄不同,华北克拉通西部的鄂尔多斯地块至今仍保留着古老克拉通的特性,但鄂尔多斯周缘断裂活动剧烈,地震活动频繁.本研究综合利用全国固定台站以及中国地震局地球物理研究所近期在鄂尔多斯西缘布设的喜马拉雅二期台站记录的远震波形数据,反演获得了该区域的深部速度结构。

乳山震群震源区三维P波速度结构的层析成像

基于山东省地震台网固定台站及乳山台阵的流动观测资料,利用双差层析成像方法对乳山震群及附近地区地壳浅层15 km深度以内的三维P波速度结构进行了反演。结果显示,研究区内的隆起区(如垛崮山、大孤山)及海洋所镇附近的超高压岩体为高速区,连接两者之间的白沙滩呈低速特征,乳山序列即发生在高、低速过渡带偏高速区的一侧。速度结构剖面显示,乳山序列下方的地壳内存在明显的类椭圆状的相对低速区域,序列活动基本处于该低速区域与第四纪盖层之间的高速夹层。综合考虑序列展布、区域地质构造及高低速岩体间的位置关系,本文推测在区域应力调整背景下,局部介质的不稳定性在乳山序列的发生过程中起主要作用。

黄土高原及邻区地壳P波速度结构

利用地震波走时联合反演算法(改进型最短路径算法)进行三维弯曲地震射线追踪正演,以及共轭梯度法求解带约束的阻尼最小二乘问题进行反演,同时更新速度模型和地震震中位置,结合地方震和区域地震走时资料得到了黄土高原(含汾渭断陷盆地)及邻区地壳三维P波速度结构.其横向变化结果表明,研究区地壳内的P波高速异常区与其内的地震活动构造带相一致,地震多发生在P波高速异常区的边缘或高、低速异常区的交汇处.秦岭山区和鄂尔多斯块体东南区为P波低速异常区.而垂向变化结果则表明研究区存在低速异常区.

云南普洱糯扎渡水库蓄水前后P波速度结构变化特征

基于云南省糯扎渡水库台网17个台站所记录到的2009年11月至2014年9月期间的5 247次地震的P波绝对到时资料和相对到时资料,以及波形互相关得到的相对到时资料,采用双差地震层析成像方法联合反演了糯扎渡水库库区蓄水前和蓄水后2011年11月30日至2012年12月31日及2013年1月1日至2014年9月30日这3个阶段的震源参数和三维P波速度结构。结果显示:糯扎渡水库蓄水后,水库库区地震的发生频次增多,经重定位后的震源深度大多在10 km以内,尤其以5 km以内的居多,与前人得到的水库诱发地震震源深度小于10 km的结果基本吻合;随着蓄水量的增加,库水沿断层渗透,孔隙压力变化导致地震增多的区域延伸至左岸支库黑江和库区回水至库区中段的澜沧江段,并进一步向威远江和小黑江延伸,这些区域的P波速度降低;整体的水库渗水作用最大深度不超过7 km。

滇西北地区主要断裂带及邻区三维P波速度结构的双差地震层析成像

利用区域固定台站和中国地震科学探测台阵记录的7349个近震事件的60471个Pg波绝对走时和196465个相对走时数据,采用双差地震层析成像获得滇西北地区(25°~28.2°N,99.5°~101.5°E)横向分辨率为0.2°的中、上地壳的三维P波速度模型,重点分析了区域内各主要断裂带及其邻区的速度结构特征。结果表明:金沙江—红河断裂带北段15 km以上的P波速度较低,重定位后中、小地震的震中主要位于低速异常的内部,且震源深度在断裂带两侧相似;推测金沙江—红河断裂带作为川滇菱形块体西南边界的剪切控制作用已弱化,分界能力局部减弱,并且断裂带下方主体的低速异常可能为跨越断裂的动力传递提供条件。丽江—小金河断裂带(西南段)两侧存在大范围的P波低速异常,推测此低速体可能是青藏高原东南向挤出的物质,而程海断裂带以东从近地表至25 km深处明显的P波高速异常体则可能会阻挡高原物质东南向的逃逸。

关中及陕南地区地壳P波速度结构初析

关中及陕南地区为我国东西和南北巨型构造的交汇地带，是连接青藏块体和华北、华南地块的过渡区，也是多构造应力场的调整区，深入研究其深部构造特征对我国大陆地球动力学的发展、渭河盆地及陕南大震危险性评估、以及为区域油气资源的开采提供大区域构造背景等都将有着重要的意义。20世纪80年代前后，丁韫玉、袁志祥和薛广盈等利用天然地震资料对该区地壳速度结构进行过研究，2000年以来，随着九五、十五项目的实施，陕西及周边省份地震台网密度大幅度增强，地震观测精度也有了很大的提升，因此，有必要利用当前最新的地震层析方法对该区域的速度结构进行重建。

晋冀蒙交界地区地壳三维P波速度结构及地震活动性研究

2014年9月晋冀蒙临时地震台网正式运行,为晋冀蒙交界地区的地震研究提供了丰富的资料。结合临时台与固定台记录的P波走时资料,采用双差层析成像方法对该区进行地震重定位和三维P波速度结构联合反演,分析该区3个典型盆地的速度扰动结果,结果表明,地震重定位残差显著降低,震源深度分布更加合理;P波速度浅层基本符合平原地区低速、山区高速的特点,深层则有相反表现,典型盆地P波速度在浅层较为复杂,高低速相间,深层表现为低速;研究时段内忻定盆地和延怀盆地地震活动密集,大同盆地地震活动较弱,低速体及边缘地震活动强度高于高速体及边缘。

晋冀蒙交界地区三维P波速度结构研究

晋冀蒙交界地区盆岭相间,地质构造复杂,地震活动活跃,一直是地震和地质学家们重点研究区域.近年来,许多地震学家和地球物理学家研究包含晋冀蒙交界地区的华北地区的三维速度结构,但由于晋冀蒙交界地区山区较多,台站较少.