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。     

中国东北-华北地区地壳厚度与泊松比及其地质意义

本文通过收集和综合分析已有的接收函数H-k研究结果,给出了中国东北-华北地区的地壳厚度与波速比/泊松比分布图.本研究表明该区地壳最薄的地方出现在松辽盆地和华北平原地区（28~35 km）;大兴安岭、燕山-太行地区的地壳厚度介于36~45 km范围,其中燕山造山带地壳厚度由东向西逐渐增加;而最厚的地方则出现在鄂尔多斯盆地西南缘（~55 km）.研究区平均波速比为1.76±0.05,较全球大陆平均值明显偏高,这可能与中、新生代以来该区显著的岩石圈减薄与破坏过程相关.其中地壳波速比最高的地方出现在山西地堑、长白山、大同-张家口等新生代火山区,意味着这些地区可能具有较高的地壳温度或存在广泛的壳内部分熔融.本文研究显示,大兴安岭造山带地区地壳厚度与波速比/泊松比成负消长关系,推测大兴安岭在形成过程中,地壳的增厚以长英质上地壳增厚为主.与大兴安岭地区不同,松辽盆地及周边地区地壳厚度与泊松比没有明显的相关性,表明松辽盆地可能具有复杂的形成与演化过程.     

2016年门源M_S 6.4地震震区地壳厚度及波速比研究

收集2015年宁夏、甘肃和青海地震台网63个三分量地震台站观测到的远震波形数据,使用H-k扫描法研究了区域地壳厚度和平均波速比。地壳厚度分布清晰地展示出自东向西地壳厚度不断增加的趋势,并伴随着2个地壳深度梯度带。研究区域平均地壳厚度为50.8 km,显著高于大陆地壳平均厚度;平均波速比为1.73,对应泊松比为0.25,略低于大陆平均泊松比(0.265)。分析认为研究区域中东部地壳增厚主要发生在上地壳,长英质岩石含量增加使整体泊松比下降。某些区域表现出超高的泊松比,推测这些区域可能存在岩石部分熔融现象。古浪大地震、海原大地震和这次门源地震都发生在泊松比梯度带和地壳厚度梯度带泊松比较低的一侧。     

新疆巴楚和塔什库尔干地震台下方地壳结构研究

利用位于新疆塔里木盆地的巴楚地震台（BCH）和西昆仑山区的塔什库尔干地震台（TAG）多年记录的高质量远震波形数据,应用接收函数H-k叠加方法研究了台站下方的地壳结构。研究结果显示,BCH和TAG地震台下方地壳厚度差异分明,区域地壳厚度与地形有很好的对应关系;两个台都具有高的地壳平均波速比Vp／Vs值。BCH台下方的地壳厚度为44km、地壳内的平均波速比为1．849,在该台地壳中部21km处存在清晰的间断面,该间断面内存在低的平均P波波速和作／K值,该间断面的深度与邻近巴楚台的伽师震源区的精确定位的震源深度下界面一致,可能为地壳内的脆．韧转换带。TAG台下方的地壳厚度为69km,地壳内的平均波速比为1．847,较厚的地壳和高波速比可能表明该台下地壳的物质易于发生塑性流动,为地壳的变形和增厚创造了条件。     

张家口—渤海地震活动带及其邻区的地壳厚度与泊松比分布

利用山东、 河北、 辽宁、 北京、 天津等区域地震台网记录的远震资料, 采用接收函数H-k叠加搜索方法, 得到了张家口—渤海地震活动带及其邻区99个台站下方的地壳厚度和平均泊松比估计. 研究结果显示: 研究区地壳厚度在30—46 km之间显著变化, 地壳厚度与地表地形相关性很好, 呈现出从隆起区到盆地区逐渐减薄的变化趋势; 研究区地壳泊松比具有明显的分区特点, 燕山地区泊松比偏低可能与该地区克拉通破坏方式以拆沉为主有关, 郯城—庐江断裂带山东段出现的泊松比高低混杂现象可能与该地区火山活动有关, 张家口—渤海地震活动带西段与隆起的交汇地带, 部分台站下方地壳的泊松比值偏高, 可能是断裂带附近岩石比较破碎与岩石部分熔融共同作用的结果. 此外, 位于渤海湾中间岛链上的北隍城台下方地壳较厚, 泊松比较低, 其原因尚待查明.      

利用接收函数H-k-c叠加方法研究新源地震台下方地壳厚度和泊松比

以新源地震台2016—2020年记录的震中距在30°～90°的远震波形数据为基础,用时间域迭代反褶积方法提取远震P波接收函数,采用一种具有谐波校正的广义接收函数H-k叠加方法H-k-c计算台站下方的地壳厚度及泊松比。结果表明H-k-c方法明显改善地壳厚度和泊松比的估计,新源地震台下方地壳平均厚度约56.3 km,泊松比约0.25。     

青藏高原东南缘Moho面速度密度跃变研究

青藏高原东南缘地下深部结构的研究对了解青藏高原的变形机制和动力学过程具有重要意义.本文利用四川、云南固定台站记录到的远震波形资料,首先采用接收函数H-k叠加方法获得青藏高原东南缘台站下方的地壳厚度和波速比.进而利用接收函数一次转换波和多次波幅度信息确定了青藏高原东南缘Moho面上的S波速度和密度跃变.研究结果表明:研究区由南到北地壳厚度逐渐增加,从永德、沧源、孟连地区的33 km左右增至巴塘地区的69.7 km左右,厚度变化了近乎37 km.四川盆地和松潘甘孜块体南部的姑咱地区具有高泊松比、速度密度跃变较小特征,表明这两个地区含有较多铁镁物质.腾冲地区、龙门山西侧的汶川地区、四川盆地西南缘的沐川地区以及则木河断裂的石门坎至东川地区同属于高泊松比、速度密度跃变较大,显示这些地区壳内存在部分熔融.     

用接收函数研究川滇地区国家地震台下地壳厚度及波速比

本文利用远震接收函数的方法,对川滇地区的昆明、腾冲、成都和攀枝花等4个国家地震台的台基下方不同方向的莫霍面深度及波速比进行了研究和分析。结果表明:昆明地震台台基下方的莫霍面深度基本在50km左右,波速比为1.62～1.69,地壳厚度和波速比不因方向不同而发生明显的变化;腾冲地震台台基下方的地壳厚度有着比较明显的方向性,东北方向厚为40.7km,东南方向为49.7km,两个方向的波速比相差也很大,差值达到0.2;成都地震台台基下方莫霍面的深度在40km左右,但是东北和西南方向要加深8km,两个方向波速比相差0.13;攀枝花地震台台基下方的地壳厚度比较稳定,厚度在60km左右,波速比变化也不明显。     

用接收函数方法研究汶川和芦山地震之间未破裂段的地壳结构

芦山与汶川地震之间存在约40 km的地震空区.震源区和地震空区的深部构造背景的研究对深入了解中强地震的深部孕育环境及地震空区的地震活动性具有重要科学意义.利用本小组布设的15个临时观测地震台以及21个芦山科考台站和21个四川省地震局固定台站记录的远震数据,用H-K叠加方法得到各个台站的地壳厚度和平均泊松比,并构建了接收函数共转换点(CCP)偏移叠加图像以及反演得到台站下方的S波速度模型.我们的结果揭示了震源区和地震空区地壳结构特征差异:(1)汶川震源区的地壳平均泊松比为~0.28;芦山震源区为~0.29;而地震空区处于泊松比变化剧烈的区域;(2)汶川地震与芦山地震的震源区以西下方的Moho面呈现深度上的突变(这与前人的研究成果基本一致),分别从~44 km突变到~59 km,~40 km突变到~50 km,而地震空区地壳平均厚度呈现渐变性变化;(3)地震空区Moho面下凹且具有低速的上地壳.综合一维S波速度结构和H-k以及CCP的初步结果,这可能显示汶川地震的发震断裂在深部方向上向西倾斜并形成切割整个地壳的大型断裂;芦山地震则可能是由于上、下地壳解耦引起的;而地震空区处于两种地震形成机制控制区域的过渡带中.     

晋冀蒙交界地区的地壳厚度与泊松比特征

根据晋冀蒙交界地区固定台和流动台共计78个台站记录的高质量远震资料, 得到了共计6978个接收函数, 反演了晋冀蒙交界地区的地壳厚度与波速比结果。 结果显示, 研究区的地壳厚度在31~45 km, 变化幅度较大, 具有由东向西逐渐加厚的横向变化, 并且沿着东南—西北方向有渐变特征。 台站下方地壳速度比在1.63~1.90, 对应的泊松比在0.18~0.31, 具有明显的分块特征。 波速比相对较高的地区多为沉积盆地断陷中心地带及附近区域, 波速比较低的区域分布在太行山脉中段与吕梁山地区等隆起区域附近。 大同火山区波速比高于周边地区, 是火山剧烈活动引起地幔物质上涌的反映。 太行山山前断裂带附近的台站下方地壳平均速度比呈现由北向南逐渐减小的特征, 表明此区域地壳分层结构明显, 同时也反映了平原地区与山脉地区的地壳介质成分的差异。     

基于贝叶斯理论的接收函数与环境噪声联合反演

基于Bayes反演理论(Tarantola,1987,2005),在接收函数非线性复谱比反演方法基础上(刘启元等,1996),本文讨论了接收函数与地震环境噪声Rayleigh波相速度频散的联合反演.本文采用修正后的快速广义反射/透射系数方法(Pei et al., 2008,2009) 计算Rayleigh波相速度频散, 并引入地壳泊松比的全局性搜索.数值检验表明:(1)接收函数与环境噪声的联合反演能够有效地解决反演结果对初始模型依赖的问题,即使对地壳速度结构仅有非常粗略的初始估计(例如,垂向均匀模型),本文方法仍能给出模型参数的可靠估计;(2)由于环境噪声与接收函数在频带上的适配性明显优于地震面波,接收函数与环境噪声的非线性联合反演能更好地约束台站下方近地表的速度结构;对于周期范围为2~40s的环境噪声相速度频散,利用本文方法能够可靠推测台站下方0~80 km深度范围的S波速度结构, 其浅表速度结构的分辨率可达到1 km; (3)本文方法能够可靠地估计地壳泊松比,泊松比的全局性搜索有助于合理解释接收函数和环境噪声的面波频散数据.利用本文方法对川西台阵KWC05台站观测的接收函数与环境噪声的联合反演表明,该台站下方地壳厚度为44 km,上地壳具有明显的高速结构,24~42 km范围的中下地壳具有低速结构.该台站下方地壳的平均泊松比为0.262,壳内低速带的泊松比为0.27.     

岷县漳县M_S6.6地震震源区地壳速度结构特征初步研究

利用距离2013年岷县漳县地震最近的固定台站岷县台2008-2009年的远震接收函数,确定了该地震震源区及临近区域的地壳厚度和波速比。结果表明:岷县台下方地壳速度结构的横向非均匀性较强,各方位接收函数差异较大,特别是震源区与临近区域存在明显的差别。临近区域的中下地壳存在明显的低速层,而震源区中下地壳中存在明显的高速区;且震源区地壳平均波速比为1.76,上地壳的波速比仅为1.62。据此推断:震源区是坚硬的上地壳覆盖在较软的中下地壳之上,岷县漳县地震破裂有可能是下地壳流的活动导致上地壳的破裂。     

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.     

利用接收函数方法研究喜马拉雅东构造结地区地壳结构

本文使用位于喜马拉雅东构造结地区布置的24个宽频带地震台站记录的远震波形数据,利用P波接收函数的方法研究了台站下方的Moho面深度、泊松比和地壳速度结构.结果表明,东构造结内Moho面深度呈现出自南西向北东方向逐渐变深的趋势,地壳厚度在54~60 km范围内,其中东久一米林走滑断裂带附近Moho面最浅,东构造结周围拉萨地块的Moho面深度在60 km以上.东构造结西部东久一米林走滑断裂带附近地壳泊松比较高.嘉黎断裂带南北两侧的泊松比差别较大,说明该断裂带两侧地壳结构存在显著差异.东构造结周边拉萨地块地壳内普遍存在低速层,分布在20~40 km深度范围内,厚度约为5~15 km.     

华北克拉通中西部地区地壳厚度与波速比研究

本文使用华北科学台阵和中国国家地震台网164个地震台站记录的远震波形资料,用最大反褶积方法提取接收函数,采用接收函数H-k叠加方法得到了各台站下方的地壳厚度和波速比.研究结果表明,华北克拉通中西部地区的地壳厚度由东向西加深,其中东部的华北平原地区地壳厚度介于30～33 km,中部的燕山—太行地区地壳厚度介于33～40 ...     

利用接收函数方法研究西秦岭构造带及其邻区地壳结构

根据西秦岭构造带及其周边地区117个宽频带地震台站的高质量波形数据, 利用远震P波接收函数的H-k叠加方法, 求得地壳厚度和平均波速比. 通过分析地壳厚度、 波速比及其关系和接收函数CCP叠加剖面, 研究了该区域的地壳结构特征. 结果表明, 研究区域内地壳结构差异大, 呈过渡带特征. 地壳厚度总体上呈北北西向分布, 自西南向东北逐渐减小. 羌塘块体地壳厚度为72 km, 渭河盆地附近为39 km. 西秦岭构造带的地壳厚度为42—56 km, 南北向莫霍界面平坦. 研究区域P波与S波波速比平均为1.74, 其中西秦岭构造带平均为1.72. 较低的波速比主要分布在西秦岭构造带、 祁连山块体、 松潘—甘孜地块北部以及香山—天景山断裂区域, 这可能是由于含长英质酸性岩组分的上地壳叠置增厚而导致的. 该区域缺少超高波速比, 表明这一区域发生岩浆底侵或上地壳熔融的可能性很小. 综合分析表明, 西秦岭构造带及邻区的地壳结构主要是由于青藏高原隆升并在向东北向扩张中受到周边块体的阻挡而引起的地壳构造变形所致. 西秦岭构造带的莫霍界面变化和波速比分布与该构造带经历碰撞地壳增厚后的伸展走滑运动有关.      

利用近震高频接收函数研究四川理县西山村滑坡体结构

远震接收函数已广泛用于反演台站下方的结构,然而由于地球的非弹性衰减作用,远震数据较难获得高频接收函数,对浅地表结构约束不足.为了克服这一问题,我们使用近震数据的高频接收函数来研究浅表速度结构,并应用于四川理县西山村滑坡体上3个宽频带地震仪记录到的近震事件.本文发展了接收函数V_P-k(V_P/V_S)叠加方法,结合接收函数H-k叠加和波形反演方法获得了台站下方滑坡体的厚度、S波速度和平均V_P/V_S比,并与钻孔得到的滑坡体厚度进行对比.结果表明,滑坡体具有小尺度的横向不均匀性,台站下方滑坡体的平均V_P/V_S比在2.4~3.1之间变化并且在底层存在78~143m·s~(-1)左右的S波低速层.本文观测到的高V_P/V_S比和底层低的S波速度结构,与电磁法获得的滑坡体底层低的电阻率和底部富水特征一致,表明滑坡体h1底界面的抗剪强度相对较弱,是潜在的滑坡危险区域.本文研究结果表明,利用近震接收函数能有效约束浅表的速度结构,进而能为滑坡灾害治理提供一定的地震学参考.     

CRUSTAL ANISOTROPY AND ITS TECTONIC IMPLICATIONS IN THE CHONGQING REGION

The receiver function which carries the information of crustal materials is often used to study the shear-wave velocity of the crust as well as the crustal anisotropy. However, because of the low signal-to-noise ratio in Pms(P-to-S converted phase from the Moho), the crustal anisotropy obtained by shear-wave splitting technique for a single receiver function usually has large errors in general. Recent advance in the analysis method based on Pms arrival time varying with the back-azimuth change can effectively overcome the above defects. Thus in this paper, we utilize the azimuth variations of the Pms to study the crustal anisotropy in Chongqing region for the first time. According to the earthquake catalogue provided by USGS, seismic waveform of earthquakes with magnitude larger than 5.5 and epicenter distance range of 30°~90° between January 2015 and December 2016 are collected from 14 broadband seismic stations of Chongqing seismic network. We carry out the bootstrap resampling to test the reliability of the radial maximum energy method for the observation data. In addition, we also applied the receiver function H-Kappa analysis in this paper to study the crustal thickness and Poisson's ratio. Our results show the crustal thickness ranges from 40~50km, and there is a thin and thick crust in the southern and northern Chongqing, respectively. The crustal average Poisson's ratio ranges from 0.23~0.31, the Poisson's ratio reaches the maximum value in the central part of Chongqing, while the Poisson's ratio in the northern and southern parts of Chongqing is obviously low. We obtain the crustal anisotropy from 9 stations in total. The delay time of crustal anisotropy distributes between 0.08s and 0.48s, with the average value of 0.22s. Among them, the CHS, QIJ and WAZ stations in central Chongqing have relatively large crustal delay time(>0.3s), followed by ROC station in the western Chongqing(0.25s), while the delay time in CHK station in northern Chongqing and WAS station in southern Chongqing are 0.08s, showing relatively weak crustal anisotropy. The fast polarization directions(FPDs)also change obviously from south to north. In southern Chongqing, FPDs are dominant in NNE-SSW and NEE-SWW, while the FPDs in WAZ station change to NWW-SEE, and the FPDs appear to be NW-SE in CHK in the northern Chongqing. In general, the FPDs are sub-parallel to the strikes of faults in most areas of Chongqing areas. Combined with other results from GPS observations, tectonic stress field and XKS splitting measurements, the main conclusions can be suggested as following:The cracks preferred orientation in the upper crust is not the main source of crustal anisotropy in Chongqing area. The crust and lithospheric upper mantle in the eastern Sichuan fold belt(ESFB)and Sichuan-Guizhou fault fold belt(SGFFB)are decoupled, and the deformation characteristics in the north and south parts of ESFB and SGFFB is different. The complex tectonic deformation may exist beneath the mountain-basin boundary, causing the fast directions of crustal anisotropy different from that in other areas of ESFB and SGFFB. The faults with different strikes may weaken the strength of average crustal anisotropy in some areas. The crustal deformation in southern Dabashan nappe belt(DNB)may be mainly controlled by the fault structure.