青藏高原及其邻区地壳上地幔S波速度结构

利用CDSN、IRIS、GEOSCOPE等台网 33个数字台站及部分数字流动台的长周期面波资料 ,采用改进的Occam网格反演方法 ,在获得中国大陆及其邻近区域 (5°～ 5 5°N ,6 8°～ 15 0°E) 1°× 1°的 7～ 184s周期Rayleigh波群速度频散的基础上 ,进一步反演青藏高原及邻区 (2 0°～ 40°N ,75°～ 10 5°E)内每个经纬度节点介质的S波速度结构 ,获得了 0～ 42 0km深度地壳上地幔的三维速度分布。研究结果显示 :青藏高原不但具有厚壳 (6 0～ 70km)和厚岩石圈 (超过 2 0 0km) ,而且高原深部结构和速度分布存在明显的横向变化和分区特征。     

三峡库区及邻区背景噪声直接成像

统计中国地震台网在四川盆地及邻区的55个台站1年以上的连续宽频带地震波形数据,采用波形互相关等技术得到两两台站之间的经验格林函数,并提取了6～35s的瑞利波相速度频散曲线;采用面波直接反演算法,得到了四川盆地及邻区的地壳横波速度结构。成像结果显示:短周期与地表结构特征具有良好的一致性,盆地呈现为低速区,盆地西边的青藏高原呈现为高速区,且与前人研究结果四川盆地下方存在较厚沉积层(约10km)相一致;深度10～20km很好地反映了中上地壳结构存在明显的横向不均匀变化,四川盆地从低速区逐渐向高速区转变,而松潘-甘孜地块和川滇地区逐渐转变为低速区;深度25～35km四川盆地呈现明显的高速区,而松潘-甘孜地块呈现低速区,推测由于青藏高原东缘物质东流而受到四川盆地坚硬的中下地壳的阻挡,导致应变在龙门山断裂带脆性上地壳内部的高度累积,从而引起了汶川地震的发生。研究成果为四川盆地及邻区的地壳结构研究提供了新的独立观测证据,为进一步深入研究提供了重要依据。     

中国大陆Rayleigh面波衰减特征研究

搜集中国大陆58个数字地震台站6312个长周期波形记录,从中挑选出符合条件的442对经过中国大陆的双台路径记录,采用相匹配滤波和频率域维纳滤波相结合的方法,计算出双台之间的混合路径衰减系数。对中国大陆进行网格划分,通过网格化反演得到中国大陆每个网格单元的纯路径衰减系数。结果显示:短周期Rayleigh面波总体表现为东部(中国东北、华北、华南)Rayleigh面波衰减小,西北部(以青藏高原为中心)Rayleigh面波衰减大,反映了该深度东部地区已进入上地幔,西部仍处于下地壳;Rayleigh面波在中周期衰减特征是呈SN向展布,将中国大陆分成以鄂尔多斯—四川盆地为中部的三分图像,衰减小的中西部岩石圈稳定区、衰减大的青藏高原岩石圈汇聚增厚区和东部岩石圈拉张减薄区;在长周期Rayleigh面波衰减特征是中国大陆中西部衰减较小,为印度大陆俯冲到该深度所致,而在东部衰减较大,为西太平洋边缘弧后盆地的地幔浅部上升热流,构成上地幔中的热室而使东部面波衰减较大。Rayleigh面波衰减与地壳上地幔温度关系显示:中国大陆Rayleigh波衰减与大地热流分布有一定相关性——研究区域内热流值较高的青藏地块及邻区表现为Rayleigh波衰减大,热流值较低的中国东部表现为Rayleigh波整体衰减小;中国大陆地震波衰减特性与强震分布关系密切,在大约以107°E为界的中国大陆西部地震明显强于中国东部,与此关系密切的是,在约107°E为界大陆西部(以青藏高原为中心)地震波衰减大,以东的大陆地区衰减明显减小。     

利用双平面波相速度反演方法研究华南地区岩石圈结构

双平面波拟合法是一种新的面波成像方法,即利用两列平面波相干叠加来拟合面波波场中的非平面波能量。本文采用双平面波干涉成像的方法对华南地区台站下方的浅层速度结构进行反演提取瑞利波的相速度。短周期瑞利波相速度反映了地壳内部构造特征,中长周期的瑞利波相速度可以反映出上地幔200km以内岩石圈的构造特征。结果表明,中国的华南地区出现了大规模的低速异常,而东部沿海地区在低速异常区中存在明显的高速异常。     

青藏高原中部INDEPTH-Ⅲ剖面低速层研究

印度大陆板块北向碰撞及俯冲导致的青藏高原快速隆升,使得青藏高原内部的物质组成及构造演化更为复杂,其中之一高原内部的低速层分布特征及其构造成因尚不明确.藏北高原中部的班公湖—怒江缝合带两侧宽频带地震观测程度较高,为调查班公湖—怒江缝合带两侧低速层分布特征提供了良好的客观条件.本文选取了INDEPTH-III项目布置在班公怒江缝合带两侧的宽频带地震台站记录的远震数据,开展接收函数分析,通过时频域相位滤波提高信噪比,并利用接收函数复谱比非线性反演方法得到了台站下方一维S波速度结构.反演结果表明班公湖—怒江缝合带两侧地壳中低速层广泛分布,且横向不连续,埋深在20～40 km之间,部分地区在0～15 km的上地壳也出现低速层.上地壳内的低速层分布特征主要与地表区域构造及沉积层分布相关;中下地壳内的低速层分布不仅受到了地体边界的约束,且可能与后期青藏高原整体隆升相关.     

面波波形反演中的模拟退火法

采用求解非线性全局优化问题的模拟退火法作为反演手段,对面波波形进行反演,研究青藏高原地壳上地幔速度结构。通过青藏高原的面波波形振幔显示出在周期为２０ｓ和４０ｓ时存在两个极小值,这可能是由地壳中存在低速层引起的。而波波形反演得到的速度民证实了青藏高原在２０ｋｍ深度左右普遍存在低速层;喜马拉雅山造山带在６０ｋｍ深度附近了在一低速层,壳内低速层是青藏高原变形及隆升过程最重要的动力学边界条件之一。     

冈底斯中东部底垫-俯冲转换带附近地壳上地幔结构远震P波层析成像研究

利用冈底斯中-东部197个宽频带天然地震台站记录到的数据和远震P波走时层析成像方法,获得了该区域的P波速度扰动图像。层析成像结果显示研究区地壳和上地幔地震波速度结构存在着复杂的空间变化。首先,在藏南拆离系断层(STD)以北的特提斯喜马拉雅地壳中存在着较强的低速异常,但是该低速异常的北端在远离裂谷带的地方并没有明显越过雅鲁藏布江缝合线(YZS),这与前人的观测结果略有不同;在亚东-古露(YGR)和措美-桑日(CSR)裂谷带的下方存在低速异常,但异常强度都没有前者大;在两个裂谷带之间的拉萨地块中-南部,地壳表现为强高速特征。这些结果表明,影响青藏高原地壳构造演化的"地壳通道流(Crustal Channel Flow)"在藏南主要分布在特提斯喜马拉雅地区,在雅鲁藏布江缝合线以北的冈底斯地区,可能主要局限于沿裂谷带分布。其次,被解释为印度岩石圈地幔的上地幔高速异常,在研究区西部,抵达了雅鲁藏布江缝合线以北100km或更远的地方,而在研究区东部,并没有越过雅鲁藏布江缝合线,而是停留在缝合线以南~100km的高喜马拉雅下方,印证了前人给出的印度板块俯冲角度在研究区附近存在东西向变化的层析成像结果。此外,我们的层析成像结果还印证了冈底斯东南侧的上地幔低速异常根植于上地幔底部,我们认为该现象可能与巽他块体的顺时针旋转引起向东俯冲的缅甸弧向西后撤有关。     

青藏高原东北缘瑞利面波成像：射线理论与程函方程结果的比较

青藏高原东北缘是青藏高原隆升的前缘地带,其构造变形特征一直是研究的热点。前人在该区域进行过面波成像研究,但不同结果存在较明显的差异,可能与不同成像方法的分辨率有关,此次研究分别使用基于射线的方法和基于程函方程的方法进行了瑞利波相速度成像。笔者对比了20 s、30 s和60 s的成像结果,两种方法的结果表现出相似的速度特征。总体的速度特征与研究区域的主要构造单元分布相吻合,青藏高原东北缘表现出低速异常,鄂尔多斯块体表现出高速异常。在银川河套地堑,基于程函方程的成像在20 s和30 s得到更明显的低速异常,低速异常体的分布与地堑的轮廓吻合更好,说明基于程函方程的方法对数据利用更充分。     

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。     

青藏地区面波高分辨率层析成像

通过搜集198～2001年间亚洲、部分欧洲及西太平洋地区台网44个数字地震台记录的187个地震事件,约1 500条三分量长周期数字化地震记录.从中挑选出390条很好地覆盖了青藏高原及邻区大圆传播路径,采用面波频散反演方法,对70°E～110°E,10°S～45°N范围地壳上地幔不同深度(8～430 km)进行1°×1°高分辨率三维S波速度成像.根据成像结果对青藏高原的地壳厚度进行了推断,讨论了青藏高原的构造演化及其动力学特征.     

Deep Background of Wenchuan Earthquake and the Upper Crust Structure beneath the Longmen Shan and Adjacent Areas

Abstract: By analyzing the deep seismic sounding profiles across the Longmen Shan, this paper focuses on the study of the relationship between the upper crust structure of the Longmen Shan area and the Wenchuan earthquake. The Longmen Shan thrust belt marks not only the topographical change, but also the lateral velocity variation between the eastern Tibetan Plateau and the Sichuan Basin. A low-velocity layer has consistently been found in the crust beneath the eastern edge of the Tibetan Plateau, and ends beneath the western Sichuan Basin. The low-velocity layer at a depth of ~20 km beneath the eastern edge of the Tibetan Plateau has been considered as the deep condition for favoring energy accumulation that formed the great Wenchuan earthquake.     

Deep Background of Wenchuan Earthquake and the Upper Crust Structure beneath the Longmen Shan and Adjacent Areas

By analyzing the deep seismic sounding profiles across the Longmen Shan,this paper focuses on the study of the relationship between the upper crust structure of the Longmen Shan area and the Wenchuan earthquake.The Longmen Shan thrust belt marks not only the topographical change,but also the lateral velocity variation between the eastern Tibetan Plateau and the Sichuan Basin.A lowvelocity layer has consistently been found in the crust beneath the eastern edge of the Tibetan Plateau, and ends beneath the ...     

宽角反射、折射地震数据与重力数据综合解释龙门山及邻近地区地壳结构

青藏高原东部的隆升机制一直都是地学界的研究热点,研究学者们提出和发展了多种岩石圈变形模型,而存在多种模型的主要原因之一是对青藏高原东部地壳及岩石圈结构认识不足。本文主要针对SinoProbe-02项目横跨龙门山断裂带、全长400多公里的宽角、折射地震数据及重力数据进行联合反演和综合解释。研究结果表明,龙门山及邻近地区地壳结构可明确划分为上地壳、中地壳和下地壳。上地壳上层为沉积层,龙门山断裂带以西大部分区域被三叠纪复理岩覆盖,而在龙日坝断裂与岷江断裂之间出现了密度为2.7g/cm³的高速异常体;向东靠近龙门山地区,沉积层厚度逐渐减薄。中地壳速度变化不均一,而且变形强烈;若尔盖盆地和龙门山断裂带下方出现明显低速带;中地壳在龙门山西侧厚度加厚,在岷江断裂下方和四川盆地靠近龙门山断裂带地区附近厚度达到最大。莫霍面整体深度从东往西增厚,最厚可达56 km。本次研究得到的地壳结构和密度分布分析结果表明现有的地壳厚度和物质组成不足以支撑龙门山及邻近地区目前所达到的隆升高度,因此四川盆地刚性基底西缘因挤压作用产生的弯曲应力也是该地区抬升的重要条件之一。     

龙门山中段及邻区地壳密度结构及其地球动力学启示

龙门山是我国东西构造、地貌分界线的重要组成部分。其两侧的岩石圈结构差异,是形成龙门山造山带的主要原因之一,并对龙门山的构造演化起着持续影响。为了解龙门山两侧壳幔结构差异,本文从重力角度探讨跨龙门山地区的地壳密度结构。我们使用EGM2008模型的重力异常数据,以最新的阿坝-遂宁人工源地震剖面速度模型为基础,得到了龙门山造山带中段及其邻区的精细地壳密度结构。密度结构显示松潘-甘孜地区和四川盆地分别具有软弱和坚硬的下地壳。根据本文所得到的地壳密度结构模型,我们认为龙门山的隆升主要受印度洋板块与欧亚大陆板块的陆-陆碰撞作用影响,强烈的挤压作用使青藏高原物质向东运移,东移物质在青藏高原东缘龙门山地区受到坚硬的四川盆地的阻挡转而向上运移,造成了龙门山的隆升。     

Joint Inversion of the 3D P Wave Velocity Structure of the Crust and Upper Mantle under the Southeastern Margin of the Tibetan Plateau Using Regional Earthquake and Teleseismic Data

The special seismic tectonic environment and frequent seismicity in the southeastern margin of the Qinghai–Tibet Plateau show that this area is an ideal location to study the present tectonic movement and background of strong earthquakes in mainland China and to predict future strong earthquake risk zones. Studies of the structural environment and physical characteristics of the deep structure in this area are helpful to explore deep dynamic effects and deformation field characteristics, to strengthen our understanding of the roles of anisotropy and tectonic deformation and to study the deep tectonic background of the seismic origin of the block's interior. In this paper, the three-dimensional(3D) P-wave velocity structure of the crust and upper mantle under the southeastern margin of the Qinghai–Tibet Plateau is obtained via observational data from 224 permanent seismic stations in the regional digital seismic network of Yunnan and Sichuan Provinces and from 356 mobile China seismic arrays in the southern section of the north–south seismic belt using a joint inversion method of the regional earthquake and teleseismic data. The results indicate that the spatial distribution of the P-wave velocity anomalies in the shallow upper crust is closely related to the surface geological structure, terrain and lithology. Baoxing and Kangding, with their basic volcanic rocks and volcanic clastic rocks, present obvious high-velocity anomalies. The Chengdu Basin shows low-velocity anomalies associated with the Quaternary sediments. The Xichang Mesozoic Basin and the Butuo Basin are characterised by lowvelocity anomalies related to very thick sedimentary layers. The upper and middle crust beneath the Chuan–Dian and Songpan–Ganzi Blocks has apparent lateral heterogeneities, including low-velocity zones of different sizes. There is a large range of low-velocity layers in the Songpan–Ganzi Block and the sub–block northwest of Sichuan Province, showing that the middle and lower crust is relatively weak. The Sichuan Basin, which is located in the western margin of the Yangtze platform, shows high-velocity characteristics. The results also reveal that there are continuous low-velocity layer distributions in the middle and lower crust of the Daliangshan Block and that the distribution direction of the low-velocity anomaly is nearly SN, which is consistent with the trend of the Daliangshan fault. The existence of the low-velocity layer in the crust also provides a deep source for the deep dynamic deformation and seismic activity of the Daliangshan Block and its boundary faults. The results of the 3D P-wave velocity structure show that an anomalous distribution of high-density, strong-magnetic and high-wave velocity exists inside the crust in the Panxi region. This is likely related to late Paleozoic mantle plume activity that led to a large number of mafic and ultra-mafic intrusions into the crust. In the crustal doming process, the massive intrusion of mantle-derived material enhanced the mechanical strength of the crustal medium. The P-wave velocity structure also revealed that the upper mantle contains a low-velocity layer at a depth of 80–120 km in the Panxi region. The existence of deep faults in the Panxi region, which provide conditions for transporting mantle thermal material into the crust, is the deep tectonic background forthe area's strong earthquake activity.     

青藏高原东缘地壳上地幔结构及其动力学意义

本文综述了我们在青藏高原东缘实施的垂直切过龙门山断裂带宽频带地震探测的研究成果,揭示了研究区复杂的地壳上地幔结构,结果表明松潘-甘孜地块与四川盆地西缘莫霍面深度为58 km与40 km±,在龙门山断裂带下方存在约15 km的莫霍面错断; 松潘-甘孜与龙门山断裂带域地壳纵横波速度比Vp/Vs比值远大于173,预示着粘性下地壳流或基性/超基性物质的存在。探讨了研究区强烈的盆山之间以及深部不同层圈之间的相互作用,推断四川盆地对青藏高原东缘软流圈驱动的物质东向逃逸阻挡作用可能深达整个上地幔。     

青藏高原东部壳幔速度结构和地幔变形场的研究

在青藏高原东部地球动力学问题中,笔者在文中主要考虑与地壳上地幔速度结构和地幔变形场有关的问题,它涉及当前流行的下地壳流动模型和壳-幔的耦合-解耦模型。在2000年完成的穿过川西高原和四川盆地的深地震测深剖面,揭示了川西高原的地壳结构具有地壳增厚(主要是下地壳增厚)、地壳平均速度低等特点,显示地壳的缩短与增厚的碰撞变形特征。根据川西高原上设置各爆炸点的记录截面图共同呈现PmP(莫霍界面反射波)弱能量的特点,推断在川西高原的下地壳介质具有强衰减(Qp=100～300)的性质,支持存在下地壳流动的模型。青藏高原东部和川滇西部地区的上地幔各向异性(SKS波快波偏振方向和快慢波延迟时间)的初步结果表明,这两个地区的壳-幔变形特征是不同的,尽管它们在地理位置上属于同一个板块碰撞带。在青藏高原内部的壳幔变形属于垂直连贯变形,它以缩短为主,而高原外部的地壳(或岩石圈)则相对于其下方地幔运动。在高原内部和外部之间存在一个重要的地幔变形过渡带。然而,高原内部的垂直连贯变形与高原内部存在大范围下地壳流动的模型不一致。笔者在该地区开展了近两年的宽频带流动地震观测,试图从地震记录中确定过渡带的位置和探讨它的流变性质。文中扼要回顾已经取得的结果,并介绍正在进行的研究。     

龙门山断裂带隆起造山独特性探讨

龙门山断裂带位于四川盆地西缘;青藏高原东部;为四川盆地与松潘-甘孜地块的接触构造边界。龙门山地区海拔从东侧100 km外四川盆地的500 m突升至3 000 m高度;明显地标注了青藏高原的东部边界;其隆升机制也引起了国内外地质工作者的广泛兴趣;并且提出了多种隆升机制模型。在本次研究中;我们利用SinoProbe-02深反射地震剖面数据对龙门山地区的隆升机制进行研究;从而进一步探讨龙门山地区隆起造山的独特性;并讨论其与传统意义中的造山带的区别;认为龙门山断裂造山带为板块内部构造活动引起岩石圈隆起所形成的。本文的研究结果将使我们更深刻地了解龙门山地区的构造活动特点;并且有助于了解青藏高原东缘对印度-欧亚板块碰撞的构造响应。     

全球定位系统测量与青藏高原东部流变构造

通过1991～1997年期间高精度全球定位系统测量,建立了青藏高原东部及其邻区的现代地壳运动速度场。相对成都,鲜水河-小江断裂以西的藏东-滇中地区的运动速度变动在1．57～17．49mm／a之间,总体为8mm／a以上。该断裂以东地区的运动速度小,约为0～7mm／a。在此基础上,通过对围绕东喜马拉雅构造结的涡旋和川西地区的涡旋的认定,以及它们在地壳变形中的作用的分析,阐述了青藏高原东部及其邻区深部物质流变的主要形式和地壳流变构造。     

The Deep Geophysical Structure of the Middle Section of the Longmen Mountains Tectonic Belt and its Relation to the Wenchuan Earthquake

Investigation of the deep geophysical structure of the Longmen Mountains tectonic belt and its relation to the Wenchuan Earthquake is important for the study of earthquakes. By using magnetotelluric sounding profiles of the Luqu–Zhongjiang and Anxian–Suining; seismic sounding profiles of the Sichuan Maowen–Chongqing Gongtan, the Qinghai Huashi Gorge–Sichuan Jianyang, and the Batang–Zizhong; and magnetogravimetric data of the Longmen Mountains region, the deep geophysical structure of the Songpan–Ganzi block, the western Sichuan foreland basin, and the Longmen Mountains tectonic belt and their relation was discussed. The eastward extrusion of the Qinghai–Tibet Plateau thrusts the Songpan–Ganzi block upon the Yangtze block, which obstructs the eastward movement of the Qinghai–Tibet Plateau. The Maoxian–Wenchuan, Beichuan–Yingxiu, and Anxian–Guanxian faults of the Longmen Mountains fault belt dip to northwest with different dip angles and gradually converge in the deeper parts. Geophysical structure suggests that an intracrustal low-velocity, low-resistivity, and high-conductivity layer is common between the middle and upper crust west of the Longmen Mountains tectonic belt but not in the upper Yangtze block. The Sichuan Basin has a thick low-resistance sedimentary layer on a stable high-resistance basement; moreover, there are secondary paleohighs and depression structures at the lower part of the western Sichuan foreland basin with characteristic of high magnetic anomalies, whereas the Songpan–Ganzi block has a high resisitivity cover of upper crust and continues to a low-resistance layer. Considering the Longmen Mountains tectonic belt as the boundary, there are Bouguer gravity anomalies of "one belt between two zones." Thus, we infer that there is a corresponding relation between the inferred crystalline basement of the Songpan block and the underlying basin basement of the Longmen Mountains fault belt. Furthermore, there may be an extensive ancient Yangtze block, which is west of the Ruoergai block. In addition, the crust–mantle ductile shear zone under the Longmen Mountains tectonic belt is the main fault, whereas the Beichuan–Yingxiu and Anxian–Guanxian faults at the surface are earthquake faults. The Wenchuan Ms 8.0 earthquake might be attributed to the collision of the Yangtze block and the Qinghai–Tibet Plateau. The eastward obduction of the eastern edge of the Qinghai–Tibet Plateau and eastward subduction of its deeper part under the influence of the collision of the Indian, Pacific, and Philippine Plates with the Eurasia Plate might have caused the Longmen Mountains tectonic belt to cut the Moho and extend to the middle and upper crust; thus, creating high stress concentration and rapid energy release zone.