阿坝—遂宁宽角地震剖面重建藏东缘龙门山地区地壳速度结构

龙门山断裂带位于青藏高原东缘,在中生代和晚新生代经历强烈的构造变形,急剧抬升,是研究青藏高原隆升和扩展动力学过程的重要窗口.本文利用起伏地形下的高精度成像方法,对"阿坝一龙门山一遂宁"宽角反射/折射地震数据重新处理,通过走时反演重建研究区地壳速度结构.剖面自西向东跨越松潘一甘孜块体、龙门山断裂带和四川盆地,不同块体速度结构表现了显著的差异.松潘甘孜块体地表复理石沉积层内有高速岩体侵入,低速层低界面起伏不平反映了该区的逆冲推覆构造.中下地壳速度横向上连续变化,平均速度较低(约6.26 km·s^(-1)).四川盆地沉积层西厚东薄,并在西侧出现与挤压和剥蚀作用相关的压扭形态.中下地壳西薄东厚,平均速度较高(约6.39 km.s^(-1)).龙门山断裂带是地壳速度和厚度的陡变带,Moho面自西向东抬升约13 km.在整个剖面上Moho面表现为韧性挠曲,中下地壳横向上连续变化,推测古扬子块体已到达松潘甘孜块体下方.松潘甘孜块体下方中下地壳韧性变形,并在底部拖曳着被断裂切割的脆性上地壳,应力在不同断裂上积累和释放,诱发大量地震.

汶川M_s8.0级地震余震分布及周边区域P波三维速度结构研究

利用川滇地区长期积累的地震走时观测资料和汶川地震余震观测资料对汶川地震震源区及周边区域地壳和上地幔P波三维速度结构进行了研究.结果表明,浅部P波速度分布与地表地质之间具有很好的对应关系.龙门山断裂带在20 km以上深度表现为高速异常带,彭灌杂岩体和宝兴杂岩体为局部高速异常区.龙门山断裂带中上地壳的局部高速异常体对汶川地震的余震分布具有明显的控制作用.在余震带南端,余震全部发生在与宝兴杂岩体对应的高速异常体的东北侧;在余震带的中段,与彭灌杂岩体对应的高速异常体在一定程度上控制了余震的分布;在余震带的东北端,宁强—勉县—带的高速异常体可能阻止了余震进一步向东北扩展.龙门山断裂带中上地壳的P波高速异常表明介质具有相对较高的强度,在青藏高原物质向东挤出过程中起到了较强的阻挡作用,有利于深部能量积累.在30 km深度之下,扬子地块具有明显的高速特征,其前缘随深度增加向青藏高原方向扩展,在下地壳和上地慢顶部已达到龙门山断裂带以西.

青藏高原的地幔结构:地幔羽、地幔剪切带及岩石圈俯冲板片的拆沉

通过横穿青藏高原近 80 0 0km长的 4条天然地震层析剖面 ,获得 4 0 0km深度以上的地壳和地幔速度图像及地震波各向异性 ,揭示了青藏高原 4 0 0km深度范围内的地壳和地幔结构特征。地幔速度图像显示 ,青藏高原腹地的深地幔中存在以大型低速异常体为特征的地幔羽 ,其可能通过热通道与大面积分布的可可西里新生代高钾碱性火山作用有成因联系 ;阿尔金、康西瓦、金沙江、嘉黎及雅鲁藏布江等走滑断裂可下延至 30 0～ 4 0 0km深度 ,显示了低速高热物质组成的垂向低速异常带特征及大型超岩石圈或地幔剪切带的产出 ;发现康西瓦、东昆仑—金沙江、班公湖—怒江和雅鲁藏布缝合带下部存在不连续的高速异常带 ,可以解释为青藏高原地体拼合及碰撞过程中可能保留的加里东、古特提斯和中特提斯大洋岩石圈“化石”残片 ,是“拆沉”的地球物理证据。印度大陆岩石圈的巨厚俯冲板片以 15～ 2 0°倾角向北插入唐古拉山下 30 0km深处 ,并被高热物质组成的地幔剪切带分开。结合新的横穿喜马拉雅及青藏高原的地幔层析资料 ,提出青藏高原碰撞动力学新模式 :青藏高原南部印度岩石圈板片的翻卷式陆内超深俯冲 ,北缘克拉通向南的陆内俯冲 ,腹地深部的地幔羽上涌 ,以及地幔范围内的高原“右旋隆升”及物质向东及北东方向运动及挤出。

面波频散与接收函数联合反演南北地震带北段壳幔速度结构

通过对南北地震带北段区域所布设的676个流动地震台站观测资料进行处理,联合反演面波频散与接收函数数据,获得了研究区内地壳厚度、沉积层厚度的分布情况以及地壳上地幔高分辨率S波速度结构成像结果.反演结果显示研究区地壳厚度从青藏高原东北缘向外总体逐渐变薄,秦岭造山带地壳厚度较同属青藏高原东北缘的北祁连块体明显减薄;鄂尔多斯盆地及河套盆地分布有非常厚的沉积层,阿拉善块体部分区域也有一定沉积层分布,沉积层与研究区内盆地位置较为一致;松潘—甘孜块体、北祁连造山带等青藏高原东北缘总体表现为S波低速异常;在中下地壳,松潘—甘孜块体下方的低速体比北祁连造山带下方的低速体S波速度值更小、分布深度更浅,更有可能对应于部分熔融的地壳;鄂尔多斯盆地在中下地壳以及上地幔内有着较大范围的高速异常一直延伸到120km以下,而河套盆地地幔只在80km以上部分有着高速异常的分布,此深度可能代表了河套盆地的岩石圈厚度,来自深部地幔的热物质上涌造成了该区域的岩石圈减薄;阿拉善块体在地壳和上地幔都表现出高低速共存的分布特征,暗示阿拉善块体西部岩石圈可能受青藏高原东北缘的挤压作用发生改造.

青藏高原巴塘断裂带地震滑坡危险性预测研究

全新世以来青藏高原东部巴塘断裂带活动强烈,地形地貌和地质构造复杂,历史地震频发,并诱发大量滑坡灾害。基于巴塘断裂带地震滑坡长期防控的需要,在分析区域地质灾害成灾背景和发育分布特征的基础上,采用Newmark模型完成了巴塘断裂带50年超越概率10%的潜在地震滑坡危险性预测评价,并完成地震滑坡危险性区划。结果表明:巴塘断裂带及其临近的金沙江断裂带区域、金沙江及其支流沿岸具有较高的潜在地震滑坡危险性,地震滑坡危险区具有沿断裂带和大江大河等峡谷区分布的总体趋势,受活动断裂和地形地貌影响显著;距离断层越近、坡度越大的斜坡,地震滑坡危险性越高;规划建设中的川藏铁路经巴塘县德达乡、白玉县沙马乡,向西北延伸,跨越金沙江,可以穿越较少的地震滑坡危险区,金沙江水电工程规划建设需加强潜在地震滑坡危害研判及防控。巴塘断裂带潜在地震滑坡危险性评价结果可为区域城镇开发和重大工程规划建设的地震滑坡长期防控提供科学参考。

青藏高原东北缘似三联点构造的初步研究

从深部构造的角度对青藏高原东北缘似三联点构造进行了探讨。人工地震资料反演结果表明,该区的地壳结构与其它地区明显不同Moho面为一复杂的过渡带,而不是尖锐的速度间断面;在该区内存在一组弧形构造,各弧形断层在形态、规模和破碎程度方面的差异,反映了青藏高原块体向东北方向强烈的挤压作用及其传递过程。

西藏高原西、中、东的分段性及其意义

经过近几十年的研究,人们已经普遍认为青藏高原是由几条近东西向的块体先后拼贴而成,大型的东西向构造是高原内部最明显的构造特征。然而根据最近所获得的有关西藏高原以及附近地区的重力场、地震层析成像、地震活动性、水平位移速度场以及地质等资料,发现整个西藏高原内部存在着明显的两条重要的南北向或近南北向构造和一些小型的南北向构造,它们将西藏高原划分为西、中、东三个有各自构造特点的部分;西侧的南北向构造沿84°～85°E延伸,东侧的近南北向构造位于92°～94°E之间。这两个构造带在上述的多种地球物理资料中均有良好的显示,是重要的重力异常变异带、重要的热结构边界带、重要的地震活动带,也是明显的地貌陡变带,等等。高原西部地形崎岖,剥蚀最深,布格重力异常最高,目前向北北西方向运动;中部地区地表平坦,发育众多的南北向地堑裂谷,东西向伸展活动最明显,海拔最高,集中分布了7座超过8000m的高峰,目前向北东东方向运动;而东部地区地形也比较崎岖,发育许多目前仍在强烈活动的走滑断层,在这些断层之间,地块相对转动,目前向北东甚至南东方向运动。造成西藏高原东西分段的原因现在还不清楚,笔者等倾向认为造成这种现象可能是由于与欧亚板块发生碰撞的印度板块在横向上也是西、中、东分段的。

川西巴塘断裂带地质灾害效应与典型滑坡发育特征

【研究目的】川西巴塘断裂带地质背景复杂,研究地质灾害发育特征,有利于揭示活动断裂带的地质灾害效应。【研究方法】本文在巴塘断裂带地质灾害成灾背景分析和野外调查研究的基础上,剖析了区域地质灾害分布规律与典型滑坡发育特征,探讨了巴塘断裂带的地质灾害效应。【研究结果】研究认为:(1)巴塘断裂带附近碎裂岩体结构为地质灾害孕育提供了物质基础,断裂剧烈活动(地震)或蠕滑直接诱发地质灾害,断裂带强烈地质灾害效应主要发生在断裂两侧3000 m范围以内;(2)巴塘断裂带地质灾害具有点多面广、分布不均、局部集中等特点,金沙江干流沿岸深切峡谷区发育大量蠕滑型滑坡和历史地震堵江滑坡;(3)巴塘断裂带地震滑坡和古滑坡发育,部分滑坡直接跨越断层,受断裂、降雨和人类工程等内外动力作用的综合影响,局部复活明显。【结论】巴塘断裂带对区域地质灾害发育分布具有显著的控制作用,巴塘断裂带部分居民点和公路存在地质灾害风险,城镇规划区应远离河谷岸坡和泥石流堆积扇等易受地质灾害影响区域。研究成果对于认识青藏高原东缘活动断裂带地质灾害效应和防灾减灾具有重要的科学意义。

云南第一高楼“春之眼”主楼桩基工程施工

高原地震区特殊的地质条件给摩天大楼桩基础工程的超长桩施工增加了难度。云南第一高楼"春之眼"主楼桩基在土方开挖、桩孔支护、钢筋笼制作安装、桩侧桩端后注浆等施工中采取了一系列特殊施工措施,取得了良好的施工效果,值得类似工程施工借鉴。

深反射大炮揭示的青藏高原侧向碰撞带地壳骨架结构

青藏高原东南缘处于印度板块与欧亚板块碰撞的侧翼,揭示该地区的岩石圈结构有助于完整理解青藏高原碰撞造山的动力学过程,对构建大陆碰撞成矿理论框架至为关键.本研究对横过青藏高原侧向碰撞带的一条深反射地震剖面的15个大炮资料,进行了针对性静校正、去噪等处理和单次叠加成像,结果剖面显示了侧向碰撞带岩石圈结构的骨架特征:(1)双程走时(TWT)8~10 s的强反射(Tc)将地壳分为上、下两层;Tc可能是大型滑脱构造的拆离面,其存在使上地壳的变形与下地壳解耦;(2)Moho间断面反射(Tm)为3~4个同相轴的窄带反射波组,横向不连续,与深大断裂交汇处被错断,但断距不大;(3)在兰坪—思茅地块下方TWT21 s和扬子克拉通西缘下方TWT22~24 s存在相向倾斜的反射波组(TL);以Tc、Tm和TL构成的骨架结构,定性地描绘出剖面下方岩石圈地幔以汇聚为主、地壳块体以侧向滑移为主和上地壳为薄皮逆冲或滑脱的分层动力学模式.该岩石圈变形样式明显不同于以正向碰撞挤压、地壳缩短垂向增厚为主的“冈底斯模式”.

南北地震带北段的远震P波层析成像研究

本文利用"中国地震科学台阵"探测项目在南北地震带北段布设的678个流动地震台站在2013年10月至2015年4月期间记录到的远震波形数据,经过波形互相关拾取到473个远震事件共130309条P波走时残差数据,通过远震层析成像研究获得了该区(30°N-44°N,96°E-110°E)下方0.5°×0.5°的P波速度扰动图像.结果显示,研究区下方P波速度结构显示强烈的不均一性和显著的分区、分块特征.岩石圈速度结构具有显著的东西差异:祁连、西秦岭和松潘甘孜地块组成的青藏东北缘地区显示明显的低速异常,而属于克拉通性质的鄂尔多斯地块和四川盆地则显示高速异常,表明东部克拉通块体对青藏高原物质的东向挤出起到了强烈的阻挡作用.阿拉善地块显示出弱高速和局部弱低速的异常并存的特征.阿拉善地块西部显示低速异常,而东部与鄂尔多斯相邻的地区显示高速异常,可能表明该地区的岩石圈的变形主要受到青藏高原东北缘的挤压作用.在鄂尔多斯和四川盆地之间的秦岭下方100~250 km深度上表现为明显的低速异常,表明该处可能存在软流圈物质的运移通道.鄂尔多斯北部的河套裂陷盆地下方在100~500 km深度内低速异常表现明显,说明该区有深部热物质上涌且至少来源于地幔过渡带.青藏东北缘上地幔显示低速异常且地幔过渡带中出现明显的高速异常,这种结构模式暗示了在青藏高原东北缘可能发生了岩石圈拆沉作用,而高速异常体可能是拆沉的岩石圈地幔.

青藏高原内部地震活动研究

文章对国际地震中心陨杂悦(International Seismological Centre)和美国地质调查所震中初定报告孕阅耘(The Preliminary Determination of Epicentres Bulletin)提供的地震数据资料,以及西藏大学地震台网收集的地震数据资料进行分析研究。结果显示,青藏高原属于地质构造与地震活动极为活跃的区域,自1900年以来曾发生过3780次以上地震;青藏高原内部的地震绝大部分都属于浅源地震(源深度小于50km),以拉萨为中心的周边地区属浅源地震的高频率发震区。

青藏高原地壳地震纵波速度的层析成像

本次研究利用地方地震台站的数据开展青藏高原地壳地震波速度的三维层析成像研究,得到分辨率达到1°×1°×20 km的地壳纵波三维速度结构,揭示了青藏高原地壳内部地壳波速结构特征。结果表明,青藏高原P波波速随深度产生巨大变化,说明地壳内部发生了大规模的层间拆离和水平剪切,用传统的地块运动不能准确地描述地壳物质运动。从P波波速扰动图上看到,青藏高原上地壳和上地幔的P波波速扰动为大范围正异常区,可以认为青藏高原在同碰撞和后碰撞期频繁的岩浆活动和结晶作用,造成了现今相对比较坚固的上地壳和岩石圈地幔,使青藏高原保持一个整体。分布在可可西里和羌塘北部的高钾质和钾质火山岩带,反映为青藏高原地壳的P波波速扰动负异常带,从上地壳到下地壳都有分布。说明由于大陆碰撞使三叠纪的东昆仑缝合带重新破裂,造成大量地幔流体物质上涌和火山爆发,对高原的形成和隆升都有一定的贡献。通过地震层析成像取得的三维地壳波速图像,进一步证实了由密度扰动三维成像指出的存在青藏高原下地壳流和新生代裂谷深部到达了中地壳底部的结论。

基于P波三重震相研究青藏高原上地幔速度结构及其动力学意义

青藏高原因其复杂的结构和演化历史,一直都是研究大陆碰撞、构造运动及其动力学的热点区域。本文采用三重震相波形拟合技术,基于中国地震观测台网和大型流动台阵记录到的某地震P波垂向记录,获得了包括拉萨、南羌塘和松潘甘孜地块在内的青藏高原上地幔P波速度结构。结果表明:①拉萨和南羌塘地块下方地幔过渡带存在高速异常,推测是俯冲的印度板片滞留体,过渡带底部的板片残余温度较低,使得660-km相变滞后约3～8 km。而松潘甘孜地块下方过渡带同样存在高速异常,可能是欧亚岩石圈发生拆沉进入地幔过渡带所致。这说明印度板块俯冲作用的影响已经到达地幔过渡带,其俯冲前缘位于班公怒江缝合带附近。②从拉萨、南羌塘到松潘甘孜地块,200 km之上的地幔岩石圈高速盖层速度由南向北逐渐减小,松潘甘孜地块则出现盖层缺失。推测受小规模地幔对流或者热不稳定性的影响,在南羌塘和松潘甘孜地块,增厚的欧亚岩石圈发生拆沉作用,岩石圈被减薄和弱化,造成羌塘地块上地幔低速和松潘甘孜地块上地幔高速盖层缺失。拆沉的冷的欧亚岩石圈可能部分停留在410-km上方,使得410-km抬升约10 km,部分沉入地幔过渡带,表现为松潘甘孜地块地幔过渡带中存在高速异常。低温造成660-km下沉约8 km,导致地幔过渡带增厚。

中国地学热点研究区几个地学问题的探讨

中国(大陆及其周边地区)一直是全球地学研究的前沿阵地,是全球陆-陆碰撞造山、海洋岩石圈俯冲和古大陆岩石圈演化动力学研究的理想实验室。几十年来,地学家们通过地质调查与地球物理、地球化学等相结合的研究,取得了许多新进展与新发现。笔者对青藏高原、西太平洋俯冲带、华北克拉通和南北地震带等地区多年来一直存在争议的几个重要地学问题进行了简要的总结,并从地震学的角度出发,对问题的解决提出了粗浅的见解与看法。

青海都兰地区夏日哈活动断裂带的发现及其构造意义

青藏高原东北缘地区的构造变形以NE向挤压缩短、顺时针旋转和向E挤出为主要特征,在NE向挤压作用下形成了NNW向的右旋走滑断裂,进一步将东北缘地区分为多个次级块体。其中,鄂拉山断裂与东昆仑断裂围限形成的柴达木次级块体整体以向NW方向的旋转挤出为主要特征,但处于这2条边界断裂交会部位的柴达木盆地东缘都兰地区的构造变形方式却不清楚。近期在针对都兰地区的野外地质调查中,发现了一条NW走向、长60~70km的右旋走滑断裂带,即夏日哈断裂带。该断裂带位于鄂拉山断裂西侧,由2条近平行的断裂组成,分别为夏日哈断裂和英德尔康断裂。经遥感解译与野外地质调查发现,该断裂线性特征明显,断错了多期冲积扇、河流阶地等晚第四纪地质地貌体,发现了多个断错晚第四纪沉积物的剖面,显示该断裂带为晚更新世—全新世活动断裂。综合分析认为,该断裂与前期发现的近EW走向的热水-桃斯托河全新世左旋走滑断裂,分别在鄂拉山断裂和东昆仑断裂的影响下共同调节柴达木块体端部的挤出旋转变形。同时,该断裂为该区新发现的活动断裂,具有中强地震的潜在发震能力,这不仅对理解区域构造变形模式具有重要意义,也导致对该区域地震危险性的认识发生较大改变。因此,亟待在该区域开展更进一步研究工作,以增进对区域应变分配模式的理解,为区域地震安全问题提供参考。

利用P波“影区”特征探测青藏高原东部岩石层内低速层

选用我国西藏及其周边地区测震台网35个台站宽频带数字地震仪记录到的2014年10月7日云南普洱MS6.1地震的波形资料,分析了垂直向分量初至P波的幅度特征.结果表明:在震中距处于5°—18°之间的P波初动幅度相对较小,存在"影区"特征,推测该"影区"是由青藏高原下方岩石层内低速层所引起的;通过试错法,多次对比不同模型的理论波形与观测波形的P波初动振幅随震中距的变化形态,最终确定在78km深处存在一厚度为24km的低速层,层内速度梯度约为-0.05/s.

2009年7月24日西藏尼玛MS5.6地震的震源机制及其构造意义

文中收集了由西藏地震台网和同期流动观测台网记录到的2009年7月24日西藏尼玛M5.6地震的波形数据,应用Hypo2000方法对该地震开展了绝对到时精定位。因定位所使用的台站分布均匀,与仅使用固定台站数据的定位结果(31.30°N, 86.10°E)相比,我们得到的尼玛地震的精定位结果(31.08°N, 86.05°E)更为可靠,该结果与通过矩张量定位方法(GCMT)获得的结果(31.05°N, 86.10°E)较为一致。在获得震中定位结果的基础上,使用CAP方法得到该地震的震源深度(海拔高度为0m起算)为19.3km,该地震具有走滑断裂性质。结合地震所处的应力场特征对本次地震的2个节面(节面Ⅰ,走向为220°,倾角为82°,滑动角为-17°;节面Ⅱ,走向为314°,倾角为73°,滑动角为-171°)的剪应力和正应力进行计算,发现该地震的震源机制与区域内SN向挤压、 EW向扩张的应力场特征相吻合。参考震中所在位置的1︰25万区域地质调查结果,结合该区EW向窝藏断裂和NWW向扎拉断裂所限定的近EW向走滑断裂带的特征推断,该地震具有EW向右旋走滑性质。根据区域地表地质及区域地球物理揭示的深部结构特征推测,该地震发生在当惹雍错裂谷西侧约30km处的狮泉河-拉果错-永珠-嘉黎蛇绿岩混杂岩带下方中上地壳间的低速软弱层(即壳内脆韧性转换带)顶部,暗示了晚中生代形成的狮泉河-拉果错-永珠-嘉黎蛇绿岩混杂岩带在高原快速隆升过程中以EW向走滑方式再次活化。这一解释对理解青藏高原EW向伸展作用有着重要意义。

青藏高原东缘地震各向异性、应力及汶川地震影响

使用国家地震台网固定台站和区域流动地震台站资料,通过对最长达18年记录开展的剪切波分裂分析,得到青藏高原东缘构造域(包括龙门山断裂带)的上地壳各向异性空间分布和时间变化特征.通过快剪切波(快波)偏振和慢剪切波(慢波)时间延迟参数,获得了快波偏振的分区分布特征和汶川地震前后不同分区统计特征的时间变化.剪切波分裂参数受到应力场和断裂构造的影响,块体边界或断裂附近的快波偏振特征比块体内部更为复杂,导致一些分区显示两个优势方向.在汶川MS8.0地震前后,可以观察到一些台站或区域的剪切波分裂参数的变化,既有快波偏振方向的改变,也有慢波时间延迟的变化.地震前后有明显变化的台站,基本符合两种情况:一是震中距较近;二是处于大的断裂或构造边界附近.研究发现,汶川地震前后,龙门山断裂带区域的慢波时间延迟的降幅显著大于周边区域;龙门山断裂带北段的慢波时间延迟降幅,大于龙门山断裂带中段,大于龙门山断裂带南端与鲜水河断裂、安宁河断裂的交汇区,这反映了地壳应力及介质物性状态的变化.通过分析剪切波分裂参数,推断出龙门山断裂带域及周边区域的主压应力分布.本文同时还分析了芦山地震前后剪切波分裂特征的变化.研究认为,利用地震剪切波特性监测应力变化,进而可应用于地震应力预测研究.需要注意是,不同的构造部位对应力变化有不同的响应.