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.

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.

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.

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.

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。

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。

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。

华南块体各向异性分区及上地幔动力学含义

利用SKS波分裂方法,对布设在华南地区的宽频带流动地震观测台阵数据进行分析。研究结果表明,华南块体(SCB)的SKS波分裂自西向东存在明显的变化。在华南块体西部克拉通岩石圈保留完整的四川盆地区域,SKS波分裂不明显,反映该区域岩石圈厚且缺乏大规模的一致性变形;在四川盆地东缘褶皱带区域,SKS波分裂快波方向主要为NNE向,分裂延迟时间可以达到1 s左右,记录了该区域岩石圈地幔经历的一致的显著变形;华南块体东部的SKS波分裂快波方向主要为ENE向,分裂延迟时间为1 s左右,该区域各向异性主要来自软流圈流动的贡献,与大地幔楔的流动方向契合;四川盆地东缘以东200 km范围内,各向异性结果大部分显示为Null值,显示该区域在地质历史上可能发生过复杂的地球动力学过程。

基于GPS观测的鄂尔多斯地块及其周缘现今的运动学特征

鄂尔多斯地块的运动学特征和动力学机制深受地学界关注。文中基于GPS数据和SKS剪切波分裂结果等地球物理资料,分析了鄂尔多斯地块及其周缘现今的壳幔运动学特征。结果表明,鄂尔多斯地块相对于欧亚大陆呈现逆时针旋转,欧拉极位于俄罗斯东南部,欧拉矢量为(50.942±1.935)°N,(115.692±0.303)°E,(0.195±0.006)°/Ma;块体内部变形微弱,GPS速率差异<2mm/a,应变率<5nano/a,应变时间序列的变化范围为-10~10nano,均在GPS的误差范围之内,表明在现有GPS资料的有效分辨范围内,鄂尔多斯块体内部相对完整,不存在明显的差异运动。块体西缘和东缘活动强烈,形成了2条明显的右旋剪切带,旋转速率为0.2°~0.4°/Ma;块体南缘和北缘活动较弱,边界断裂有左旋运动性质,旋转速率约0.1°/Ma。青藏高原东北缘和鄂尔多斯块体西缘的壳-幔变形完全一致,满足垂直贯通模型,变形由青藏高原东北缘强烈的推挤作用引起;块体南部到秦岭造山带的地震各向异性与绝对板块运动方向一致,表明该区域存在地幔流通道,且已深入到鄂尔多斯块体内部;山西断陷带到太行山的SKS剪切波分裂的快波偏振方向与软流圈地幔流动方向一致,表明该区域受控于太平洋板块的俯冲作用;鄂尔多斯块体内部微弱的SKS各向异性来自于克拉通内部“化石”的各向异性。综合上述资料分析,鄂尔多斯地块相对于其周缘的旋转运动可能主要来自于其周缘构造带在岩石圈和软流圈作用下的主动运动,块体的主动旋转可能比较微弱。

山东地区地壳及上地幔结构研究

利用布设在山东省境内的宽频带流动地震观测台阵和国家地震局固定地震观测台站记录的地震数据,应用接收函数和SKS波分裂方法,研究山东地区的地壳与上地幔结构,得到该区域的地壳厚度、地壳平均P波与S波的波速比以及SKS波分裂延迟的分布情况。结果表明,山东地区地壳厚度范围为28~39 km;胶南隆起的北段和南段以及鲁西隆起北侧济阳凹陷的地壳厚度小于32 km,鲁西隆起下方的地壳比较厚。研究区P波与S波的波速比主要分布在1.67~1.94之间,鲁西隆起西南部和胶南隆起北段该比值小于1.75,可能是由中上地壳增厚以及下地壳减薄和拆沉造成。鲁西隆起南北P波与S波的波速比差异反映地壳活动的差异。地幔物质的各向异性显示,山东地区西部的地壳减薄和拆沉可能仍在进行。

鄂尔多斯块体周缘新生代断陷活动动力学成因机制初探

鄂尔多斯块体(下文简称块体)位于华北、华南和青藏板块的交接部位,其周缘边界上,均被新生代的剪切拉张断陷盆地或断裂围限。本文基于前人研究基础,系统归纳总结出块体及周缘断陷带新生代地质构造、火山活动和地壳结构的基本特征。进而,结合近年来获取的研究区GPS水平速度场和反映上地幔变形特征的SKS波分裂结果,提出了壳-幔耦合垂直贯通的变形模式,该模式能够很好的解释和吻合现今地质、地球物理和大地测量获取的结果。即青藏高原上地幔物质东向挤出在受到坚硬的鄂尔多斯地块西南部的阻挡后,沿着其周缘的构造薄弱带分叉横向流动,一支向北运动导致银川断陷带的形成;另一支则沿汾渭断陷带流动,从而导致了汾渭断陷带的形成和演化。