中国大陆及邻区SKS波分裂研究

SKS波分裂测量是研究大陆地幔的形变特征、探索大陆动力学和演化过程的重要工具 .本文对中国大陆及邻区地震台站的SKS波分裂现象进行了研究 .选用中国数字化宽频带地震台网 (CB台网 )和美国IRIS数据中心提供的三分量宽频带数字化地震资料 ,使用SC(SilverandChan ,1991)方法 ,得到了中国大陆及周边地区 80多个台站下方上地幔各向异性参数 ,即快波偏振方向 φ和快慢波到时差δt.快波偏振方位在相同地块有一定的优势排列方向 ,大多数台站快波偏振方向都能与过去或现今大规模的构造运动得到很好的符合 .整个研究区域所得到的分裂延迟时间在 0 .4～ 2 .4s之间 ,平均为 1.2s.根据SKS波测量得到的分裂参数 ,分析了该研究区域各向异性介质的特性 ,从而探索与岩石弹性各向异性相关的地球内部动力学过程 .

华北克拉通中部过渡带SKS波分裂研究：鄂尔多斯东南角的局部软流圈绕流

本文对布设在华北克拉通东西两块体交界区域的宽频带流动地震观测台阵和部分固定台站的远震波形记录开展了SKS波分裂研究.结果显示,鄂尔多斯块体内部的各向异性比较弱,剪切波分裂导致的时间延迟一般小于0.7s.鄂尔多斯块体东缘的山西断陷带和太行山以及华北平原西部均表现出了比较强的各向异性,时间延迟大于1.0s.特别是在太行山地区观测到的ENE趋向的快波偏振方向明显不同于鄂尔多斯块体和华北平原地区的近E-W和ESE方向的快波偏振方向.在华北克拉通东西两块体交界过渡带的太行山地区观测到的显著上地幔各向异性及变化可能对应于围绕鄂尔多斯块体东南角的局部软流圈绕流,而后者可能起因于鄂尔多斯块体的逆时针旋转以及青藏高原软流圈沿秦岭大别造山带向东的流动.

首都圈地区SKS波分裂研究

通过分析首都圈数字地震台网的49个宽频带和甚宽带台站的远震SKS波形资料,采用最小切向能量的网格搜索法和叠加分析方法,求得每一个台站的SKS快波偏振方向和快、慢波的时间延迟,获得了首都圈地区上地幔各向异性图象.首都圈地区的各向异性快波方向基本上呈WNW-ESE方向,快、慢波时间延迟为0.56—1.56 s.研究表明,首都圈地区上地幔存在明显的各向异性,引起各向异性的主要原因是研究区受太平洋板块俯冲作用下软流圈物质变形,使得上地幔橄榄岩等晶体的晶格优势取向沿物质流动方向.另外,中国大陆受印度板块与欧亚板块的强烈碰撞,大陆西部地壳增厚隆起,同时造成物质东向挤出,使得首都圈地区上地幔物质沿快波方向变形.通过研究区各向异性快波方向和伸展运动方向与GPS测量得到的速度场对比分析,首都圈地区壳幔变形可能具有垂直连贯变形特征.

SKS波对地壳裂隙各向异性的响应--理论地震图研究

穿透含裂隙、裂缝地壳8s视周期的SV波的理论地震图研究表明,当地壳平均裂隙密度高于0.01即横波各向异性高于1%时,非对称面内不同方位的SKS波均发生分裂;地震图中直接的记录显示是切向T分量上出现SKS波的振动,其振幅随地壳平均裂隙密度的增大而增强,甚至能与径向R分量上的振幅相当.局限于上地壳的强裂缝各向异性同样能引起SKS分裂.长周期SKS波分裂对地壳内裂隙、裂缝的分布缺乏分辨率.直立平行排列裂隙、裂缝使得SKS分裂T分量记录特征具有方位对称性,这来自于HTI介质中快、慢波偏振和到时差随方位变化的对称性;而倾斜裂隙、裂缝使得该方位对称性丧失.对实际观测SKS分裂的偏振解释需要考虑地壳裂隙各向异性,特别是断裂附近的强裂缝各向异性.

华东地区SKS波分裂研究

本文搜集整理了华东地区6个区域地震台网的宽频带数字地震台站SKS波记录资料,使用最小切向能量的网络搜索法,得到了华东地区157个台站下方上地幔各向异性参数。测算结果表明,华东地区各向异性快波偏振方向主体为NW—SE向、南部近E—W向,逐渐呈旋转趋势,与绝对板块运动方向一致;其各向异性主要来自于上地幔,地壳与沉积层对各向异性影响较小;研究区内地下浅部与深部物质的运动模式基本一致,壳幔变形存在垂直连贯变形的特征。

青藏高原东北缘SKS波分裂研究

利用青藏高原东北缘区域数字地震台网43个台站的远震SKS波形资料,采用最小能量法和旋转相关法得到台站下方上地幔介质各向异性的分裂参数:快波偏振方向(φ)和快慢波时间延迟(δt)。研究结果表明:在塔里木盆地东南缘区域,各向异性快波方向与该区域的断裂走向存在明显的夹角,该盆地向柴达木盆地的俯冲方向一致,各向异性归因为古构造运动遗留下的"化石各向异性",且由于壳幔物质的拆沉作用,推测该区域壳幔之间存在解耦作用;在祁连—河西走廊区,SKS快波偏振方向呈NW-SE,与主要断裂带的走向一致;在西秦岭北缘断裂带附近,观测到快慢波时间延迟有着较大的变化,可能是岩石圈变形和软流圈物质流动共同导致;在鄂尔多斯板块内,快波方向呈NW-SE方向,可能暗示青藏高原深部物质分叉绕流运动。青藏高原东北缘不同区域台站下方的各向异性均具有差异性,进一步证实了青藏高原东北缘地区构造变形的复杂性。

利用SKS波分裂研究上地幔各向异性及其在中国东部的应用

地震各向异性方法是研究地幔流动以及岩石圈变形最直接有效的方法之一,利用远震事件识别近乎垂直入射的SKS波震相能直接反映台站下方的上地幔各向异性。近年来,SKS波分裂由于识别方位各向异性灵敏、多解性小逐渐发展为探究大陆动力学及其演化以及地幔形变特征的有力工具。本文收集了近20年来利用SKS波分裂在中国东部地区开展的各向异性研究工作,综述了该方法在中国东部的研究进展以及存在的不足和有待解决之处;同时,还通过在长江中下游地区布设的102个高质量高密度的宽频流动台站以及中国国家数字地震区域台网262个固定台站的数据,详细分析了该地区的上地幔各向异性变形特征。

SKS波分裂自动计算实现

SKS波分裂方法是研究地球内部各向异性的常用方法.随着地震资料数量的急剧增加,人工拾取并计算SKS波分裂需要耗费大量的时间和精力.本研究提出通过利用STA/LTA方法识别SKS波震相,利用时频分析确定滤波范围,并利用滑动时间窗时结果的稳定性选取SKS波时间窗,进而实现了SKS波分裂分析的自动化.运用该方法分析流动地震台站观测数据,并与人工计算SKS波分裂的结果进行对比,验证了该方法的正确性和可靠性.

中国东北地区SKS分裂的上地幔各向异性结构与动力学

本研究收集了中国东北地区2008-2016年九年时间内207个固定地震台站和127个NECESSArray流动地震台站的波形资料,利用SKS波分裂的最小切向能量网格搜索方法获得了243个台站的有效分裂结果.研究结果显示,尽管研究区各向异性快波方向基本以NW-SE向为主,但无论是在快波方向上还是快慢波时间延迟上不同构造单元内部与不同构造单元之间均存在着较大差别.大兴安岭造山带北部的各向异性快波方向自北向南由NNE-SSW向转变为NNW-SSE向,在中部以NW-SE向为主,而南部自北而南由NE-SW向逐渐转变为近E-W向;松辽盆地的各向异性快波方向在北部自西向东主要表现为由NNW-SSE向逐渐转变为NW-SE向,在中部自西向东由NE-SW向转变为近E-W向,而在南部既有NE-SW向又有NW-SE向;佳木斯地块各向异性方向由西部的NW-SE转变为东部的NNW-SSE,同时快慢波时间延迟逐渐变大;长白山造山带北部自北向南由NW-SE向逐渐转变为近E-W向,中部各向异性快波方向为NNW-SSE向,且快慢波时间延迟较大,而南部以NW-SE向为主;燕山造山带的各向异性快波方向主要沿E-W向分布,基本平行于燕山造山带的走向.这些结果说明,尽管复杂的各向异性快波方向与局部岩石圈拆沉和热物质上涌有关,但更重要是与"大地幔楔"中物质水平流等动力过程密切相关,也有待将来结合更多地震资料如面波不同深度的特征各向异性进行分析.在阿巴嘎火山群、哈拉哈火山群、长白山火山、龙岗火山和镜泊湖火山区及五大连池火山区等特殊构造区的周边地区,各向异性快波方向围绕这些构造区随方位均发生明显变化,暗示了火山区下方热物质上涌可能影响了"大地幔楔"中的软流圈物质水平流方向.

阿尔金断裂系及邻区剪切波各向异性研究

利用中法合作布设在青藏高原西北缘的三分量数字地震仪记录到的远震SKS波数据,计算并研究了台站下方岩石圈各向异性的特征研究结果表明:阿尔金断裂系南北的各向异性存在较大差异,阿尔金断裂系附近快波偏振方向在N80E左右,而柴达木盆地快速波偏振方向在N145W左右.同时阿尔金断裂系各向异性强度也比柴达木盆地的强.

利用剪切波分裂研究青藏高原东北缘及东南缘上地幔各向异性

利用从IRIS上下载的青藏高原东北缘238个台站以及中国地震科学探测台阵喜马拉雅一期350个台站记录到的远震波形数据,通过采用剪切波分裂方法,获取各个台站下方各向异性分裂参数——快波偏振方向(φ)和分裂时差(δt),从而得到青藏高原东北缘、东南缘上地幔的各向异性特征。研究结果表明,祁连块体、阿拉善块体和鄂尔多斯块体北部,快波方向为NNW-SSE,明显不同于GPS测量得到的近NE-SW的地表位移场方向,延迟时间平均~0.85 s;羌塘块体以及松潘—甘孜褶皱带的西部,快波方向呈现沿顺时针方向旋转的趋势,并且与GPS测量得到的地表位移场方向一致,延迟时间平均为~1.24 s;松潘—甘孜褶皱带东部、秦岭造山带与鄂尔多斯块体南部的交界处,快波方向呈现无序分布,与GPS方向表现出不一致的分布,延迟时间平均~1.08 s;川滇块体北部,快波方向近似N-S方向,与GPS测量得到的地表位移场方向相同,平均延迟时间为~0.925 s;位于北纬26°以南的川滇块体南部,快波方向近E-W方向分布,明显不同于GPS地表位移场方向,平均延迟时间~1.065 s。综合分析推测,羌塘块体、松潘—甘孜褶皱带的西部以及川滇块体北部,地表形变和深部之间的变形是相互耦合的;祁连块体、阿拉善块体和鄂尔多斯块体北部,松潘—甘孜褶皱带东部、秦岭造山带与鄂尔多斯块体南部的交界处以及川滇块体南部,壳幔之间可能存在解耦现象。

青藏高原东北缘上地幔各向异性研究

通过分析位于青藏高原东北缘的区域数字地震台网30个台站的远震SKS波形资料，采用最小切向能量的网格搜索法和叠加分析方法求得每一个台站的SKS快波偏振方向和快、慢波的时间延迟，获得了青藏高原东北缘上地幔各向异性图像．从得到结果看，青藏高原东北缘的各向异性快波方向基本上呈NW-SE方向，并有一顺时针旋转趋势，快、慢波时间延迟是0．70～1．51s．青藏高原东北缘的SKS快波偏振方向与区域内主要构造断裂走向基本一致；各向异性快波偏振方向变化与区域内最小平均主压应力方向变化相似，也与由GPS测量得到的速度场方向变化相似．研究表明青藏高原东北缘上地幔物质在区域构造应力场的作用下，发生了顺时针旋转的形变以至流动，使得上地幔中橄榄岩的晶格排列方向平行于物质形变或流动方向，上地幔变形和上覆地壳变形可能存在垂直连贯变形特征．

青藏高原东北缘岩石圈厚度与上地幔各向异性

利用青海地震台网和甘肃地震台网2007—2009年记录的远震波形资料,提取S波接收函数和SKS分裂参数,得到了青藏高原东北缘的三维岩石圈厚度分布和上地幔各向异性特征.S波接收函数结果表明:昆仑—阿尼玛卿缝合带以南的松潘—甘孜地块东北缘和西秦岭造山带下方岩石圈较薄,厚度为125～135km;昆仑—阿尼玛卿缝合带以北具有较厚的岩石圈,在昆仑和祁连地块下方岩石圈厚达145～175km,并向柴达木盆地(175～190km)和克拉通(鄂尔多斯南部约为170km、阿拉善南缘约为200km)下方增厚.上地幔各向异性结果显示:东北缘地区的SKS快波偏振方向为NW-SE向,与前人得到的昆仑断裂带南侧的快波方向存在较大差异,南侧自高原内部呈顺时针旋转,表明昆仑断裂带可能为上地幔变形的转换带.SKS快、慢波延迟时间为0.8～1.9s,且在昆仑—阿尼玛卿缝合带以北,延迟时间与岩石圈厚度呈正相关关系,推断该区各向异性主要来源于地幔盖层的初期伸展变形.

华北上地幔各向异性研究

对华北地震科学台阵的200个宽频带和甚宽带地震台站所记录的远震SKS(SKKS)波形资料作偏振分析,采用最小切向能量的网格搜索法和叠加分析方法求得每一个台站的SKS(SKKS)快波偏振方向和快、慢波的时间延迟,并结合已发表的固定台站的结果,获得了华北上地幔各向异性图像.从得到结果看,华北东部各向异性快波方向基本为NWW-SEE方向,而西部的快波方向转到NW-SE或NNW-SSE.快、慢波时间延迟范围是0.50～1.47s,华北西部的平均快、慢波时间延迟小于华北东部.在华北东部,快波方向与绝对板块运动(APM)方向基本一致,预示了NWW向的软流圈地幔流是引起该区域上地幔各向异性的主要原因,它使得上地幔橄榄岩等晶体的晶格优势取向沿地幔物质流动方向,从而导致了NWW趋向的快波方向.然而,在稳定的西部,快波方向既不与绝对板块运动方向一致,也不与构造走向一致,这种弱各向异性很可能是遗留在古老克拉通的厚的岩石圈内的"化石"各向异性.

山东地区上地幔各向异性研究

通过分析山东地区数字地震台网37个宽频带地震台站的远震SKS波形资料,使用最小能量法和旋转相关法求得每一个台站的SKS快波偏振方向和快、慢波时间延迟,获得了山东地区上地幔各向异性图像.该研究区的各向异性快波方向基本呈WNW-ESE方向,快、慢波时间延迟为0.73—1.71s.研究表明,山东地区上地幔存在明显的各向异性,各向异性快波方向与岩石层的伸展方向和GPS测量得到的速度场方向(ITRF2005参考框架下)基本一致.

基于地震各向异性分析郯庐断裂带中段深部构造特征

利用郯庐断裂带中段附近10个宽频带台站的远震波形资料,基于上地幔地震各向异性来分析郯庐断裂带中段深部构造特征。本研究得到,郯庐断裂带中段深部平均快波偏振方向为93.8°,即郯庐断裂带中段深部主张应变(张应力)方向,对照GPS资料和地震资料的研究表明,郯庐断裂带中段地壳和深部上地幔的形变存在总体的一致性,即郯庐断裂带中段岩石层的形变具有统一特征,地壳与深部上地幔处于相似的应力应变状态中。

鄂尔多斯块体北缘呼包鄂地区岩石圈各向异性初步研究

选取呼包鄂区域11个宽频带地震台站记录的156个远震事件,使用剪切波分裂软件,对所选远震波形数据进行处理,求取并分析震中距85°—110°范围内同时被各地震台站记录的远震震相SKS的各向异性参数,即快波偏振方向及慢波到时差,结果表明:呼包鄂区域地下深层介质存在各向异性,快波偏振优势方向为ESE,慢波延迟时间为0.87—1.74 s,平均延迟1.26 s,推断该区地下深层介质存在各向异性层,层厚100—200 km,平均层厚约145 km。

黑龙江地区上地幔各向异性研究

采用黑龙江数字地震台网2012-01-2014-07间23个宽频带地震台站记录的远震SKS波形资料,利用Splitlab软件对黑龙江地区进行剪切波分裂的分析研究,使用最小能量法、旋转相关法和最小特征值法计算所有观测台站的SKS快波偏振方向和快、慢波的延迟时间,最终得到黑龙江省上地幔各向异性图像。结果显示,黑龙江地区上地幔地震各向异性比较明显,快波偏振方向与主张应力方向基本一致,与GPS得出的速度场方向相符,说明该地区的壳幔耦合可能存在垂直连贯性。

辽宁地区上地幔各向异性研究

利用辽宁数字地震台网2013-2017年间15个宽频带地震台站记录到的震中距在85°到140°之间的且Mw≥5.5的远震SKS波形数据,基于SplitLab软件,使用旋转相关法、最小切向能量法和最小特征值法,计算每一个台站的SKS快波偏振方向和快、慢波的延迟时间,获得辽宁地区上地幔各向异性参数共398对。结果显示,辽宁地区存在比较明显的上地幔各向异性,快波偏振方向大部分呈NWW方向,与中生代晚期岩石圈伸展形变方向一致;各向异性快慢波延迟时间在0.4~1.2s之间,可以推测软流圈对各向异性的影响比较小,主要是由残留在岩石圈的古老形变所导致。

中国东北上地幔各向异性研究

利用中国数字地震台网记录的地震波形,观测其穿过地球外核和地幔的SKS波分裂特征,确定了快波S波的振动方向和快慢波时间延迟。这种经过地幔传播的SKS震相的横波分裂主要来源于上地幔的各向异性。可以用应变引起的上地幔中矿物质的结晶优势排列来解释。结果表明,对于所分析的10个观测台站均发现了明显的横波分裂现象。时间延迟在0.4～1.8 s。在东部地区,快波振动方向与中国东北西太平洋俯冲带的板块相对运动方向基本一致,说明俯冲的太平洋板块地幔流对各向异性有重要意义。在西部地区,快波振动方向和时间延迟都具有较大差异,说明其总体形变的起因是复杂的,各向异性受到地幔流和历史构造运动的双重影响。