用接收函数方法研究中国境内地壳结构

利用中国数字地震台网30个台站的高质量宽频带远震数据,采用H-k叠加搜索法对中国境内的地壳结构进行研究,获得了研究区内的地壳厚度和v_P/v_S分布特征.结果表明, 中国境内的v_P/v_S值介于1.6—1.9之间,地壳厚度变化剧烈,在29—81 km之间.100°—110°E之间存在一个地壳厚度陡变带, 将中国分为东西两个部分.东部地壳厚度相对均匀,为31—36 km, 西部地区地壳厚度相对较厚且变化较大,中部地区地壳厚度为34—49 km.总的看来,青藏高原地区地壳最厚,可达81 km;天山、准噶尔盆地和内蒙古地区地壳厚度次之;华南地区地壳最薄.另外,中国大陆地壳平均波速比为1.738(σ=0.253),比全球大陆平均波速比1.78(σ=0.269)低.较低的波速比可能暗示中国境内地壳低速层的存在或者铁镁质成分的缺失.      

辽东台隆、燕山带和兴蒙造山带台站下方地壳厚度和平均波速比(VP/VS)的横向变化及其构造意义

本文研究采用接收函数H-κ方法获得了辽东台隆、燕山带和兴蒙造山带台站下方的地壳厚度和平均波速比(VP/VS).结果显示,研究区域三个构造区地壳平均厚度略有差别,分别为32、33 km和35 km,但横向变化特征各异.辽东台隆地壳中间厚两端薄,燕山带地壳厚度的变化相对平缓,而在兴蒙造山带内,以索伦缝合带为界地壳呈由东南向...     

利用远震接收函数反演黔江地震台下方的速度结构

本文选取黔江地震台2007年至2011年记录到的60个远震宽频带数字地震记录,采用频率域反褶积法获得台站的接收函数,并用H-Kappa叠加法来反演台站下方的地壳厚度和泊松比,最终得到了黔江地震台下方的地壳速度结构。同时,通过H-Kappa法反演得到的台站下方的地壳厚度作为波速反演的约束条件,以减少反演的非唯一性。计算结果显示,黔江地震台下方的地壳厚度为44km,这与广泛认同的中国大陆中西部地区莫霍深度在38—45km基本一致。本文对增强该地区深部地质构造特征研究和孕震机制分析具有积极的意义。     

秦岭造山带与南北相邻地带远震接收函数与地壳结构

从2013年3月至2014年11月,我们布设了一条延川—涪陵的流动宽频带地震台阵,剖面由70个流动台站组成,全长约900km,穿越华北克拉通、秦岭—大巴造山带和扬子克拉通东北缘陆内三大构造单元.利用记录到的远震波形资料,提取得到5638个远震P波接收函数,使用H-κ叠加扫描和CCP偏移叠加方法刻划了秦岭造山带与南北相邻地带的地壳厚度、泊松比以及构造界带.研究结果显示,(1)关于地壳厚度:地壳最厚的区域出现在大巴山,地壳厚度集中在47~51km之间,秦岭的地壳厚度相对大巴山较薄,且呈向北减薄趋势,集中在37~46km之间,渭河盆地地壳厚度为本区域最薄地带,在34°N左右处达到最薄为35km,剖面北侧的南鄂尔多斯盆地的地壳厚度变化缓慢,多为44km左右,南侧的四川盆地东北缘的地壳厚度向南缓慢减薄,集中在42~48km之间;(2)关于泊松比:使用接收函数H-κ叠加扫描法得到了沿剖面各台站下方地壳的平均纵、横波速度比VP/VS(κ),进一步计算得到泊松比σ,泊松比具有明显的横向分块特征,秦岭造山带的泊松比明显低于南北两侧区域,其小于0.26的泊松比表征着该区域地壳物质组分主要为酸性岩石,亦即其酸性长英质组分上地壳相对于基性铁镁质组分下地壳较厚,该区域没有高泊松比分布则表明不存在广泛的部分熔融.(3)关于构造界带:秦岭—大巴造山带与扬子克拉通的边界并非在勉略构造带,应向南移至四川盆地的东北缘,华北克拉通和扬子克拉通分踞秦岭—大巴造山带南、北两侧,且分别以较陡倾角向南和相对较缓的倾角向北俯冲于秦岭—大巴造山带之下,使得秦岭—大巴造山带呈不对称状扇形向外扩展与向上抬升的空间几何模型.秦岭和大巴山之间33°N附近存在分界面,两区域地壳厚度与泊松比特征各异.     

利用被动源地震实验和接收函数分析确定迪纳拉山脉北部和潘诺尼亚盆地西南部交界处地壳结构

通过在迪纳拉山脉和潘诺尼亚盆地西南交界带进行被动源地震实验,确定了地壳结构和波速不连续面。实验目的是确定亚得里亚海微板块与作为欧洲板块一部分的潘诺尼亚地块的关系。大部分流动台站沿着Alp07剖面(主动源ALP 2002项目的一部分)布设在克罗地亚。该剖面从伊斯特拉半岛到德拉瓦河沿线呈西西南-东东南向延伸约300km。利用P波接收函数方法分析测线上13个临时地震台站的远震记录。Alp07剖面得到了两种特征接收函数(RF),分属于迪纳拉和潘诺尼亚地壳,交界带则包含两种类型。迪纳拉型地壳主要包含三组地壳不连续面:沉积基底、壳内不连续面和莫霍不连续面,而潘诺尼亚类型地壳仅包含两组不连续界面。在潘诺尼亚型地壳中并未观测到壳内不连续面,因此认为潘诺尼亚盆地为单层地壳结构。应用接收函数正演模拟和H-κ叠加两种分析方法开展了地壳结构研究,并将该结果与Alp07剖面主动源折射地震结果进行了比较。接收函数模拟得到了可靠的莫霍面深度结果,与Alp07剖面的地震折射结果相一致,即潘诺尼亚区域地壳特征为简单地壳结构,波速较低(VP在5.9~6.2km/s)。迪纳拉及其周缘,由于地壳结构更为复杂,接收函数模拟得到莫霍面深度较Alp07剖面更大,高达15%。受短周期台站数据频带限制,利用H-κ叠加方法计算得到的莫霍面深度在较大范围内(±13km)变化。通过与先前所有结果进行对比,排除了差异较大的5个台站的结果,而与Alp07剖面附近的莫霍不连续面相比,其他7个台站莫霍面深度差异在15%内变化。     

中国东北地区高分辨率地壳结构:远震接收函数

利用分布在东北地区的国家地震局台网、NECESSArray台网、吉林大学在长白山及其周边地区布设的26个临时台站总计259个台站接收到的16,070条高质量的P波接收函数,采用H-k和CCP(Common Conversion Point,共转换点)叠加成像方法,获得该区高分辨率的地壳结构.观测结果显示,东北地区莫霍界面深度和地表高程总体呈镜像关系;西部大兴安岭—太行山重力梯级带附近存在莫霍界面深度陡变带;中部的松辽盆地地区受晚中生代的地壳拉伸作用影响,地壳厚度较薄,北部的小兴安岭地区和南部的华北北缘造山带可能同样受拉伸运动影响,具有较小的地壳厚度;松辽盆地莫霍界面深度由西向东逐渐减小,推测这与太平洋板块俯冲作用有关;东部地区莫霍界面结构比较复杂,依兰—伊通断裂与敦化—密山断裂之间出现复杂震相,可能与该区存在地幔物质的底侵作用有关;长白山火山地区地壳厚度较大,对应较高的波速比,推测在该区地壳内存在岩浆囊.     

利用远震接收函数探测襄樊台下方地壳厚度及泊松比

利用襄樊台2015—2018年记录的震中距30°—90°,震级5.5级以上(含5.5级)的高信噪比远震波形事件,通过时间域反褶积方法提取台站接收函数,并用H-k扫描叠加方法得到台站下方地壳厚度和波速比。结果表明,襄樊台下方地壳厚度为35 km,略高于大陆地壳平均厚度33 km,处于西部山区厚地壳与中东部薄地壳的过渡地带。泊松比偏低,存在因区域内地壳应力积累发生微小地震的可能性。     

SsPmp震相地壳探测方法

SsPmp波是远震S波经地表反射转换的P波在莫霍面发生反射后被地表台站接收得到的震相.震中距在30°~50°之间的远震S波震相经地表反射转换的P波射线参数较大,在莫霍面发生全反射,使得台站接收的SsPmp波具有较强的能量,能够从地震记录中清楚地识别出来,为探测台站附近的莫霍面形态提供新的途径.本文通过合成理论地震图分析了SsPmp震相与地壳厚度、射线参数和Pn波速度之间的关系.结果表明:对于水平界面,地壳厚度只影响SsPmp与Ss波之间的相对到时差;Pn波速度只影响SsPmp的相位;射线参数既对SsPmp波的相对到时有影响,也会引起SsPmp波的相位变化.对于复杂的界面,SsPmp反映的深度与速度梯度最大的深度接近,而反映的Pn波速度与实际的Pn波速度一致.     

利用接收函数方法研究蒙古中南部地区地壳结构

2011年8月至2013年7月中国地震局地球物理研究所与蒙古科学院天文与地球物理研究中心在蒙古中南部区域布设了宽频带流动地震台阵,这为开展远东地区深部结构的精细探测提供了有利的数据基础.利用台阵记录的远震地震事件,采用P波接收函数的H-κ叠加分析和共转换点（CCP）叠加方法获得了台站下方的地壳厚度及平均波速比.结果显示研究区的地壳厚度介于39 km至45 km之间.整体上Moho面埋深从西北往东南方向逐渐变浅.在蒙古主线性构造两侧地壳厚度呈现区域性变化特征,东南部地区地壳厚度较薄,约为39 km,而西北部地区地壳较厚,达45 km,为此推测蒙古主构造线可能是地壳的一个陡变带.此外,研究地区地壳的平均波速比值（V_P/V_S）在1.70到1.79之间,均值为1.75,低于全球大陆的平均值1.78,这可能暗示着该区其地壳是缺少铁镁质的.研究还发现测线的西北与东南地区其地壳波速比值较高,推测是古生代铁镁质地壳的残留或是新生代岩浆底侵的反映.     

中国大陆下扬子及邻区地壳结构基本特征:深地震测深研究综述

系统回顾了20世纪70年代以来在中国大陆下扬子及其邻区开展的深地震测深工程,总结了相关宽角反射/折射地震资料的波组特征及地壳结构的基本特征。下扬子及邻区深地震测深资料普遍具有较清晰的初至震波Pg、上地壳底界面反射波P1、中地壳底界面反射波P3、莫霍界面反射波Pm及上地幔顶部首波Pn,震相连续,易追踪对比。受浅表沉积盖层或基岩等的影响,Pg波常出现局部延迟滞后或走时超前现象。尤其是大别造山带个别炮点的反射能量较弱或同相轴扭曲、波形紊乱等,均与地壳内界面和莫霍面的深度突变或破碎有关。该区域地壳结构大致分为上、中、下3层,但视资料情况中地壳和下地壳又可进一步划分为2个亚层。华北地台和扬子地台地壳厚度30~36km,莫霍界面形态变化较缓,存在局部隆起,下地壳平均速度6.7±0.3km/s。但大别造山带下方地壳厚度32~41km,莫霍界面下凹且出现4~7km垂向错断,下地壳平均速度6.8±0.2km/s。     

青藏高原东缘S波速度结构及其意义

利用从2009年到2013年在研究区域部署的50个流动观测台站及10个固定台站（中国数字地震台网CD-SN,四川地震台网）收集到的数据资料,采用接收函数线性反演的方法对研究区域的地壳上地幔S波速度结构进行研究,得出青藏高原东缘各台站的VS断面最显著的特征是速度很低,中地壳VS平均速度值为3.0～3.4km/s,上地幔VS速度值为4.0～ 4.5 km/s.地壳内普遍存在低速层,大部份低速层位于深度20～40 km的中地壳,在10～20 km的上地壳及40～60 km的下地壳中也出现少量的低速层.此外在青藏高原东缘南部地区也只有部份低速层出现.青藏高原东缘地壳流并不处处存在,而仅局限在有限区域,主要分布在中地壳内部（深20～40 km）.当地壳流遇到刚强的四川盆地地壳及上地幔阻挡时出现拆分现象,即产生向上或向下的2～3个分支,向上的一支引起上地壳隆升形成陡峻的山峰,向下的一支使莫霍界面下沉引起地壳增厚.     

利用远震接收函数反演重庆地震台下方的速度结构

选取重庆地震台2010年至2012年记录的60个远震宽频带数字地震记录,采用频率域反褶积法获得台站的接收函数,采用H-Kappa叠加方法反演台站下方的地壳厚度和泊松比,作为台站下方波速反演的约束条件,以减少反演的非唯一性.计算结果显示,重庆地震台下方地壳厚度为42 km,与中国大陆中西部地区Moho面深度在38-45 km保持一致.该研究对增强该区的深部地质构造特征、分析孕震机制等具有积极意义.     

利用接收函数反演安徽地区地壳S波速度结构

根据安徽台网25个台站记录到的远震波形资料,运用频率域反褶积的方法提取接收函数,并采用H-Kappa扫描法反演得到安徽地区各个台站下方的地壳厚度与纵横波速度比。结果显示,安徽地区台站下方地壳厚度大致可分为3个区域:皖西南大别山地区、皖南山区和淮河以北的皖北平原地区,其中大别山地区台站下方的地壳厚度位于35—39 km范围内,相对较厚;皖南地区位于33—36 km范围内;皖北以平原为主,地壳厚度位于30—33 km范围内。这一研究结果与安徽地区的地质构造背景具有较好的相关性。同时,H-K扫描结果显示,安徽地区台站下方波速比基本处于1.70—1.80范围内,变化不大。在界面倾斜角度不大的前提下,利用横向均匀分层模型的波形反演实现接收函数的波形拟合,得到台站下方地壳上地幔S波速度结构,计算结果显示,安徽地震监测台站下莫霍面上表面S波速度一般为3.6—3.9 km/s,而界面底部大约为4.3—4.6 km/s,莫霍面处的速度起伏变化并不十分明显。     

基于远震P波接收函数计算巴里坤台站下方的地壳厚度和泊松比

从巴里坤地震台站记录到的连续地震波形数据(2010-01~2013-12)中截取震中距30°~95°,震级MS≥5.0共计282次远震波形数据。用时间域迭代反褶积方法提取远震P波接收函数,采用H-κ叠加搜索方法反演台站下方的地壳厚度和泊松比,结果表明:巴里坤台站下方的地壳厚度为42.6 km,泊松比值为0.31,这与前人的研究成果基本一致。     

用远震接收函数反演福建地区宽频带台站下方莫霍界面深度

收集福建省“九五”数字地震遥测台网中8个宽频带台站的远震波形资料,应用接收函数的研究方法计算各个台站下方的接收函数。采用非线性的反演方法获得这些台站下方的S波速度结构．确定这些台站下方莫霍界面深度的分布情况。分析得到的反演结果,福建地区莫霍面的起伏不大．平均的地壳厚度约为32km。在0～2km之间均存在一层低速层,这与地表覆盖着一层松散的沉积层是相对应的。内陆地区台站附近莫霍界面深度较沿海地区略高,沿海台站的莫霍界面深度北部略高于南部。     

台湾海峡大容量气枪震源海陆联测初探

本文利用在我国台湾海峡采用大容量气枪震源开展海陆联测获得的广角地震测线HX9, 采用二维射线追踪法反演得到了HX9剖面的地壳二维速度结构和地壳界面形态, 初步探明了福建—台湾海峡海陆过渡带的深部构造． 结果表明: HX9剖面的地壳内存在两个速度间断面, 即C界面和莫霍面, 其中: C界面为上、 下地壳的分界面, 是一个小的速度不连续面, 速度变化值达0.08—0.16 km/s; 而地壳底部的莫霍面则有较大的速度反差, 变化值达1.02—1.29 km/s, 莫霍面上、 下的速度分别为6.75—6.97 km/s和8.00—8.07 km/s． 沿剖面的地壳界面形态总体起伏不大, 陆域上、 下地壳的厚度和界面变化趋势均相似, 从陆域到海域呈微倾斜变化趋势, 表现为减薄陆壳的特征． 莫霍面陆域埋深约为31.6 km, 向福建东南沿海逐渐减薄至27.4 km左右．      

通过接收函数分析得到的中国大陆莫霍面深度和V_P/V_S比的统一图

中国大陆由多个地质构造单元复杂拼合而成,自中生代以来经历了强烈而广泛的构造变形。为了更好地理解其地质构造,我们对2009~2010年期间798个宽频带台站记录的共83 509个远震波形进行了系统的接收函数分析,其中749个台站是中国地震台网中心数字化固定台站,其他49个台站是在西藏中北部临时部署的台站。每个台站下方的莫霍面深度和V_P/V_S比由标准的远震接收函数H-κ叠加方法计算所得。得到的莫霍面深度变化总体上与各种深震探测剖面的结果一致。本文将我们的结果与以往接收函数研究的结果组合起来生成了中国大陆莫霍面深度和V_P/V_S变化的高分辨率图。与以往的研究结果相比,此项新研究涉及更多的台站以及由此生成的莫霍面深度图具有更高的横向分辨率,尤其是在中国东部地区。总的来说,中国大陆莫霍面深度的变化与主要构造单元具有显著的相关性。例如,在中国东部著名的重力梯度线上莫霍面深度有显著的变化。一般来说,V_P/V_S比值图显示出在青藏高原下面、重力梯度带上以及某些火山下面具有相对高的异常。     

大兴安岭造山带及两侧邻区莫霍面深度与泊松比分布特征

利用2009～2016年内蒙古自治区数字地震台网宽频带固定地震台站的远震波形数据,采用接收函数H-k算法获得23个基岩台站下方的莫霍面深度和泊松比,同时,收集并筛选出277个已有探测台阵和流动台站的接收函数研究结果,综合分析给出大兴安岭造山带及两侧邻区莫霍面深度、泊松比的分布特征。研究表明,研究区域的莫霍面在整体上呈现自东向西逐渐加深的特征,莫霍面深度为25.0～42.3km,平均约为33.5km。莫霍面最浅的区域为松辽盆地(深度为27.0～35.0km),最深的区域为大兴安岭重力梯级带以西地区(深度为41.0～42.3km)。研究区域泊松比为0.19～0.33,平均值为0.26,大于全球大陆地壳的平均值。泊松比高值异常区集中在火山岩区及具有较厚沉积层的盆地。台站所处位置的海拔与莫霍面深度之间具有较强的正相关性,艾里补偿模式在研究区成立,莫霍面起伏与区域地形地貌特征间具有显著的镜像关系。大兴安岭地区的莫霍面深度与泊松比间存在显著的反相关关系,而在松辽盆地及周缘地区未发现明显的规律性,这也意味着松辽盆地在构造演化过程中经历了更为复杂的地壳改造过程。     

中国大陆东南缘地震接收函数与地壳和上地幔结构

从2008-2011年,分别在中国大陆东南缘沿海和内陆两条NE向剖面上进行了宽频地震观测,利用记录到的远震波形资料提取得到1446个远震P波接收函数,用H-κ叠加扫描和CCP偏移叠加方法研究了中国大陆东南缘地壳及上地幔过渡带的结构及其变化特征.结合固定台网25个台站的H-κ结果,获得中国大陆东南缘(福建地区)地壳厚度从内陆到沿海逐渐减薄的图像:地壳从闽西北山区的33 km减薄到厦门沿海一带的29 km以下,平均地壳厚度为31.3 km,具有陆地向洋壳过渡的特征;地壳泊松比从内陆到沿海显示出分带特征,闽中西部内陆地区小于0.26,沿海地带高于0.26,且在断裂带的交汇区域表现为相对异常高值.地壳上地幔顶部(0~200 km)的CCP偏移叠加成像结果显示闽江断裂等NW向断裂深切Moho界面,在断裂两侧Moho面急剧抬升或下沉,产状改变,这些特征向内陆地区逐渐变得不明显.闽江等NW向断裂对研究区地壳厚度、地震等有明显控制作用.上地幔尺度(300~700 km)的CCP偏移叠加成像,未见410 km和660 km速度间断面突变和起伏异常,其绝对深度略大于IASP91模型的,上地幔转换带厚度正常(250±5 km),表明中国大陆东南缘上地幔转换带未受欧亚与菲律宾板块碰撞的明显影响,推断中国大陆东南缘及台湾海峡下方不存在俯冲板块,或俯冲前缘未扰动到410 km的深度.     

利用H-K叠加方法和CCP叠加方法研究中国东北地区地壳结构与泊松比

利用中国东北布设的流动地震台阵（116个）以及国家和区域台网（121个）的宽频带台站记录的824个远震事件,采用P波接收函数CCP叠加和H-K叠加两种方法获得了研究区详尽的地壳厚度图像.研究结果显示,两种方法获得的地壳厚度分布特征具有很好的一致性,中国东北下方地壳厚度存在明显的东西横向差异.重力梯度带西侧和佳木斯地块的台站下方地壳较厚,介于36~41 km之间,而在兴蒙槽地褶带中重力梯度带往东从36 km减薄至34 km左右.松辽盆地北侧、东侧和南侧地壳厚度较薄,为29~34 km,反映了该区复杂的地壳变形过程.CCP剖面显示郯庐断裂深切地壳,敦化—密山断裂下方莫霍面出现错断.H-K叠加得到的地壳平均泊松比显示,东北地区绝大部分台站下方的泊松比值较大,0.24~0.29.长白山、松辽盆地东部、燕山台隆东部和大兴安岭北部,泊松比值达到0.27~0.30,可能有幔源物质上涌,下地壳铁镁组分含量增加.