西昆仑造山带下岩石圈地幔速度结构

在已完成的新疆地学断面研究计划实施中曾在西昆仑山前布置了14个宽频带地震台站.利用记录到的远震P波初至和层析成像方法,研究了西昆仑造山带下的岩石圈地幔结构特征.在已有地震学证据基础上,层析成像结果显示,西昆仑造山带下的高速岩石圈地幔可能是印度岩石圈地幔的俯冲前缘.沿东经80°深度剖面图像显示,在西昆仑造山带下的150～300km处,高速异常的岩石圈地幔前锋与低速异常的塔里木块体岩石圈地幔发生了面对面碰撞.     

青藏高原P波速度层析成像与岩石圈结构

利用中国西部地震台网的数据,通过体波层析成像反演了青藏高原及邻域的三维P波速度结构.根据地壳和上地幔的速度变化和构造特征,重点讨论了下地壳流动、地幔上涌、岩石圈减薄以及与藏北新生代火山岩和藏南裂谷系的关系等问题.分析表明,青藏高原中、下地壳平均速度偏低,低速区主要分布在拉萨和羌塘块体内部,随着深度的增加逐渐扩大到松潘—甘孜块体.上述低速区之间多被高速带分隔,暗示地壳中、下部的韧性变形被限制在特定的区域,不太适于产生贯穿整个青藏高原的大规模横向流动.此外,地幔上涌也并非普遍发生于整个青藏高原,而是集中在羌塘、松潘—甘孜以及喜马拉雅东构造结附近,导致上述区域的岩石圈地幔较薄,并且伴生火山活动和岩浆作用.此外,由于印度大陆岩石圈在向北俯冲,板片下沉过程中引起地幔上涌,热流物质有可能上升进入地壳,这一作用对藏北新生代火山岩和藏南裂谷系的形成以及中、下地壳的韧性变形产生了明显的影响.     

地壳、上地幔变形属性的判别

基于Ｍａｘｗｅｌｌ和Ｋｅｌｖｉｎ流变模型，以延续时间与松弛期的比值，即松弛数，作为衡量指标，对地壳、上地幔不同层次的变形属性进行了判别。结果表明，除软流圈地幔主要为粘性流动外，其上各层的情况是：在漫长的地质过程中，不仅岩石圈地幔和下地壳属于粘性，上地壳也有可能处于粘性流动状态；在延续数十年的情况下，上地壳以及岩石圈地幔都可能呈弹性状态；延续时间介乎二者，通常上地壳为弹性，下地壳和岩石圈地幔为粘性或滞弹粘性。此外，还结合变形属性的判别，就岩石圈地幔的流动和板内的驱动力远程传递等问题进行了讨论     

长江中下游地区的底侵作用及动力学演化模式: 来自地球物理资料的约束

总结分析了长江中下游地区已完成的深地震资料, 发现下地壳普遍存在似层状强反射, 认为下地壳的强反射为基性或超基性岩浆底侵引起的, 后者可能与岩石圈地幔拆沉有关. 在综合分析该地区区域地球物理、地质资料的基础上, 提出了长江中下游地区的地球动力学演化模式. 该模式认为长江中下游地区自二叠纪末经历了碰撞挤压、拆沉伸展、底侵熔融等重要地球动力学过程, 并最终形成了长江中下游巨型成矿带.     

昆仑山口西M_S 8.1地震同震影响场的数值模拟

根据野外调查得到的地震破裂以及同震位错分布,利用三维有限元模型研究了昆仑山口西MS8.1地震的同震位移场和同震应力场的分布,讨论了震后地震活动与同震应力场变化的关系。模拟的MS8.1地震同震位移场显示,东昆仑断裂带南北两侧的同震位移衰减程度存在差异,断裂带南部的同震位移衰减大于北部同震位移的衰减;同震应力场研究结果则表明,MS8.1地震的同震最大剪切应力主要集中在东昆仑断裂带的周边地区,最大剪切应力等值线沿断裂带密集分布,形成了高梯度带。MS8.1地震的发生使青藏活动地块区的地壳应力发生了剧烈的变化,可能导致研究区的地壳应力场得到松弛。库伦破裂应力的研究表明,昆仑山地震对其后发生的5次强余震有一定的触发作用,昆仑山口西MS8.1地震可能也触发了2003年的德令哈6.6级地震     

藏北羌塘地区新生代火山作用与岩石圈构造演化

自印度大陆与欧亚大陆碰撞以来, 藏北羌塘地块依次发育有碱性玄武岩系列、高钾钙碱性系列、钾玄岩系列和过碱性钾质-超钾质系列火山活动. 研究表明岩浆源区经历了由早期尖晶 石橄榄岩地幔向晚期石榴石橄榄岩富集地幔(EM2)的转变. 高钾钙碱性系列和钾玄岩系列安粗质岩石具有高Mg#值和极高的Cr, Ni, Co丰度, 指示岩浆可能来自于拉萨地块大陆岩石圈的俯冲作用. 藏北过碱性超钾质系列的La/Rb, Zr/Rb, K/La, K/Nb, Rb/Nb和Pb/La值小于岛弧火山岩, 大于和类似于洋岛玄武岩, 指示岩浆源区具有软流圈流体交代古俯冲地幔楔的属性. 而藏南超钾质火山岩和藏东超钾质煌斑岩的上述元素比值类似于和大于岛弧火山岩, 暗示源区地幔存在俯冲陆壳释放的流(熔)体的交代作用. 上述成因标志支持印度大陆岩石圈俯冲到高原中部, 欧亚岩石圈地幔向南俯冲到羌塘之下的结论. 文中进一步提出陆内俯冲与藏北、藏东区域大型走滑构造的脉动滑移效应导致高原腹地软流圈脉动上涌, 岩石圈脉动减薄产生钾质-超钾质岩浆脉动旋回的成因机制.     

青藏高原东北缘岩石圈三维密度结构

综合重力观测资料和地震波走时资料反演了青藏高原东北缘岩石圈三维密度结构,并对该区岩石圈结构及动力学特征进行了讨论.首先利用收集到的P波近震和远震走时数据进行地震层析成像,得到研究区岩石圈三维P波速度结构.然后利用速度-密度经验关系式,将速度扰动转化为密度扰动建立研究区三维初始密度模型.最后利用分离的布格重力异常反演得到了岩石圈三维密度结构.反演结果表明:青藏高原东北缘地壳密度结构特征有利于地震孕育发生和地壳物质侧向流动;地壳内,密度异常等值线走向与地表断裂走向基本一致,进入地幔后,密度异常等值线走向发生了顺时针旋转,这表明青藏高原东北缘地壳和地幔具有不同的构造运动模式,暗示该区可能发生了壳幔解耦;80~100 km深度上,P波速度异常较密度异常明显偏低,推测该区可能发生了部分熔融或者岩石含水量的增加;印度板块俯冲和周围坚硬块体阻挡联合作用,使得青藏高原东北缘形成了强大的区域构造应力场,并导致深部软流圈热物质上涌,为该区壳幔解耦、部分熔融和P波速度降低创造了条件.     

可可西里岩石圈向北俯冲到柴达木地幔的地震学证据

利用中美德INDEPTH IV合作项目2007—2009年间布置于青藏高原中、北部140个宽频地震台站记录到的天然地震数据,经过接收函数成像处理,获得了3条穿过昆仑—阿尼玛卿缝合带清晰的壳幔结构图像.结果显示柴达木南缘莫霍面位于约50 km深度,羌塘地块、可可西里地块、东昆仑造山带莫霍面位于约65 km深度,昆仑—阿尼玛卿缝合带以北约50 km存在莫霍面深度突变.在可可西里和柴达木岩石圈地幔之间观测到北倾界面,这可能是可可西里岩石圈向北俯冲到柴达木地幔之下的证据.可可西里地块地壳内宽缓的负转换震相带是低速带的反映,其向北挤入到东昆仑山下发生挤压增厚,可能是东昆仑山隆升的原因;由于刚性柴达木岩石圈的阻挡,物质向东改向,则可能是该地区向东旋转的构造应力场产生的原因.本文研究结果不支持亚洲岩石圈地幔在东昆仑—柴达木交界处向南俯冲,据此,我们提出了新的东昆仑造山模式.     

2008年新疆于田MS7.3地震前区域地震活动和应力状态特征初步研究

从区域地震活动和中等地震震源机制特征的角度,初步研究了2008年新疆于田7.3级地震前区域地震活动和应力场的应力状态特征．结果表明,于田7.3级地震前区域地震活动存在中短期异常特征．一方面,该地震前1年其震区500km范围内中强震以及西昆仑地震带和阿尔金地震带3.5级以上地震出现了增强活动;另一方面,该地震前出现了4级地震孕震空区和近乎共扼分布的3.5级地震密集条带异常图象．于田7.3级地震前新疆区域应力场和震源区及其附近局部应力场的应力状态发生了一定程度的改变,拉张作用力相对挤压作用力有所加强．这可能是于田7.3级地震前新疆和于田震区及其附近具有正断层性质的中等地震增多的原因．      

麻城1932年6级地震孕震构造机制探讨

通过收集前人有关地震地质、地球物理等资料,在综合分析的基础上,研究了麻城1932年6级地震的发震构造,并探讨了其孕震构造机制。研究认为,麻城—团风主干断层为该地震的发震构造,次级断层受主干断层控制;震中区处于区域重力、磁力异常区,区内存在低阻层;麻城6级地震是在区域NEE向现代构造应力场的作用下,壳幔尺度垂直隆升共同作用的浅源地震事件;壳幔深度的上隆及NEE向的构造主压应力分别成为该区处于伸展构造环境和具有剪切走滑性质的主要动力来源。     

青藏高原上地幔速度结构及其动力学性质

利用地震层析成像结果分析了中国西部地区的上地幔速度结构,发现青藏高原北部至东南边缘上地幔顶部速度普遍偏低;随着深度的增加,低速区主要分布在羌塘、松潘—甘孜和云南西部地区,而印度大陆、塔里木、柴达木、鄂尔多斯和四川盆地均显示出较高的速度.上述速度分布与青藏高原及周边地区的岩石层结构和深部动力性质密切相关:其中羌塘地区的低速异常反映了青藏北部的地幔上涌和局部熔融,起因于印度大陆岩石层的向北俯冲;松潘—甘孜地区的低速异常与青藏东部的深层物质流动及四川盆地刚性岩石层的阻挡有关;而滇西地区的低速异常可能受到印缅块体向东俯冲作用的影响.以上三个区域构成青藏高原和周边地区的主要地幔异常区.相比之下,印度大陆、塔里木、柴达木、鄂尔多斯和四川盆地的高速异常反映了大陆构造稳定地区的岩石层地幔特点.根据速度变化推测,地幔上涌和韧性变形并非贯穿整个青藏高原,而是主要集中在羌塘、松潘—甘孜和滇西地区,上述构造效应不仅导致岩石层厚度减薄且引发了火山和岩浆活动.     

滇西地区壳幔解耦与腾冲火山区岩浆活动的深部构造研究

根据青藏东部边缘的深部地球物理资料,分析了滇西地区壳幔耦合和腾冲火山区岩浆活动的深部构造特征,确认了地幔各向异性与上地幔速度结构(包括P波速度和S波速度)的内在联系,指出产生这一结果的原因与以腾冲火山区为中心的地幔热物质上涌有关:上地幔顶部平均温度升高导致介质强度降低,在印支块体的侧向挤压或印缅块体的向东俯冲作用下发生韧性变形,造成滇西地区地幔各向异性的快波方向与青藏东部地壳块体的旋转方向不一致.此外,鉴于中下地壳低速层的横向非均匀性,估计韧性流动并非贯通青藏高原的东部边缘,而是被不同的构造块体和边界断裂限定在局部地区.总体而言,滇西地区下地壳的地震波速度和电阻率偏低,具备发生韧性变形的构造条件.作为地壳和上地幔之间的解耦层,它使得青藏东部地壳块体旋转产生的构造应力未能传输至上地幔.腾冲火山区的地壳结构与不同时期的岩浆活动有关,火山区东侧的高速结构代表了上新世时期火山通道内冷凝固结的岩浆侵入体或难以挥发的高密度残留物质,火山区西侧的低速结构反映了更新世以来持续至今的岩浆活动,壳内岩浆源主要分布在10～20km的深度范围内,横向尺度约为15～20km,有可能通过地壳深部的断裂与上地幔岩浆源区相连,估计腾冲火山区下方的岩浆活动将持续进行.     

用转换函数方法研究腾冲—临沧地区地壳结构

根据流动数字地震台网提供的三分量地震波形记录资料,应用转换函数及快速模拟退火算法对腾冲－临沧地区30个地震台站下的地壳横波速度结构进行了反演.反演结果说明,研究区壳幔边界清晰、莫霍界面附近速度跳跃明显,由此得出该区地壳厚度在40 km左右、并具有从南向北增厚趋势.一个普遍的现象是,在腾冲-宝山地块下地壳存在明显的低速带,低速带的厚度在10～20 km间.研究结果进一步表明各台站下方上地幔速度结构复杂.这些结果为探讨青藏高原东南缘下地壳的侧向黏性流动、碰撞板块边界处壳幔物质交换等均提供了重要的地球物理证据,为探讨印-藏汇聚过程中青藏高原东构造结岩石圈变形、高原隆升及其深部动力学有一定理论意义.     

青藏高原东部和周边地区地壳速度结构的背景噪声层析成像

利用连续地震背景噪声记录和互相关技术获得瑞利面波格林函数,进而反演获得了青藏高原东部和周边地区的地壳三维速度结构.地震数据源于北京大学宽频带流动观测地震台阵,国家数字测震台网数据备分中心提供的部分固定台站的连续记录及INDEPTH IV宽频带流动观测地震台阵.首先对观测数据进行处理和分析取得所有可能台站对的面波经验格林函数和瑞利波相速度频散曲线,反演得到了观测台阵下方周期从6~60s的瑞利波相速度异常分布图像.并且进一步反演获得研究区域三维剪切波速度结构和莫霍面深度分布.短周期(6~14s)相速度异常分布与地表地质构造特征吻合较好,在青藏高原和四川盆地之间存在一个明显的南北向转换带.而本文最重要的结果是周期大于25s的相速度异常分布图像显示,以昆仑断裂带为界,柴达木盆地和祁连山脉地区呈现与青藏高原截然不同的中地壳速度结构,反而与青藏高原东缘地区和川滇菱形块体速度结构相似.反演获得的剪切波速度在27.5~45km深度的切片也明显地揭示:青藏高原的松潘—甘孜地块和羌塘地块呈现均一的低速层;然而,柴达木盆地和祁连山脉地区则呈现较强的横向不均匀性,尤其是柴达木盆地的高速异常和四川盆地的高速异常相对应.这些结果为前人提出的青藏高原东北向台阶式增长模式提供了重要的地震学观测证据.与全球一维平均速度模型(AK135)相比较发现,本文测量和反演获得的研究区域内平均相速度和剪切波速度都比AK135模型慢很多,尤其是青藏高原的中地壳(25~40km)剪切波速度显著低于全球平均速度模型.进一步的层析成像反演证实松潘—甘孜和羌塘地块中地壳(27.5~45km)呈现大范围均一的低速层,为青藏高原可能存在大规模中下地壳"层流"提供地震学观测证据.在祁连山脉的27.5~45km深度观测到的明显低速异常体可能对应于该造山带下地幔岩浆活动导致的底侵作用,表明引起该地区地壳增厚的主要机制可能是来自地幔岩浆的底侵作用.     

Crustal and uppermost mantle structure of SE Tibetan plateau from Rayleigh-wave group-velocity measurements

A shear-wave velocity model of the crust and uppermost mantle beneath the SE Tibetan plateau was derived by inverting Rayleigh-wave group-velocity measurements of periods between 10 and 70 s. Rayleigh-wave group-velocity dispersions along more than 3,000 interstation paths were measured based on analysis of teleseismic waveform data recorded by temporary seismic stations. These observations were then utilized to construct 2D group-velocity maps in the period range of 10–70 s. The new group-velocity maps have an enhanced resolution compared with previous global and regional group-velocity models in this region because of the denser and more uniform data coverage. The lateral resolution across the region is about 0.5° for the periods used in this study. Local dispersion curves were then inverted for a 3D shear-wave velocity model of the region by applying a linear inversion scheme. Our 3D shear-wave model confirms the presence of low-velocity zones (LVZs) in the crust beneath the northern part of this region. Our imaging shows that the upper-middle crustal LVZ beneath the Tengchong region is isolated from these LVZs beneath the eastern and northern part of this region. The upper–middle crustal LVZ may be regarded as evidence of a magma chamber in the crust beneath the Tengchong Volcanoes. Our model also reveals a slow lithospheric structure beneath Tengchong and a fast shield-like mantle beneath the stable Yangtze block.     

中国西部及邻区岩石圈S波速度结构面波层析成像

本文利用瑞利波群速度频散资料和层析成像方法,研究了中国西部及邻近区域(20°N—55°N,65°E—110°E)的岩石圈S波速度结构.结果表明这一地区存在三个以低速地壳/上地幔为特征的构造活动区域:西蒙古高原—贝加尔地区,青藏高原,印支地区.西蒙古高原岩石圈厚度约为80 km,上地幔低速层向下延伸至300 km深度,说明存在源自地幔深部的热流活动.缅甸弧后的上地幔低速层下至200 km深度,显然与印度板块向东俯冲引起俯冲板片上方的热/化学活动有关.青藏高原地壳厚达70 km,边缘地区厚度也在50 km以上并且具有很大的水平变化梯度,与高原平顶陡边的地形特征一致.中下地壳的平均S波速度明显低于正常大陆地壳,在中地壳20~40 km深度范围广泛存在速度逆转的低速层,这一低速层的展布范围与高原的范围相符.这些特征说明青藏高原中下地壳的变形是在印度板块的北向挤压下发生塑性增厚和侧向流动.地幔的速度结构呈现与地壳显著不同的特点.在高原主体和川滇西部地区上地幔顶部存在较大范围的低速,低速区范围随深度迅速减小;100 km以下滇西低速消失,150 km以下基本完全消失.青藏高原上地幔速度结构沿东西方向表现出显著的分段变化.在大约84°E以西的喀喇昆仑—帕米尔—兴都库什地区,印度板块的北向和亚洲板块的南向俯冲造成上地幔显著高速;84°E—94°E之间上地幔顶部速度较低,在大约150~220 km深度范围存在高速板片,有可能是俯冲的印度岩石圈,其前缘到达昆仑—巴颜喀拉之下;在喜马拉雅东构造结以北区域,存在显著的上地幔高速区,可能阻碍上地幔物质的东向运动.川滇西部岩石圈底界深度与扬子克拉通相似,约为180 km,但上地幔顶部速度较低.这些现象表明青藏高原岩石圈地幔的变形/运动方式可能与地壳有本质的区别.     

青藏高原东南缘及邻区地壳介质散射强度变化特征

基于远震扰动场方法,利用47个数字地震观测台记录的10次远震记录对青藏高原东南缘及邻区地壳介质散射强度进行了研究.结果表明研究区内地壳介质横向非均匀性强烈,扬子块体地壳介质散射强度与青藏块体存在较为明显的差异;地壳介质散射强度梯度带与主要断裂带分布趋势一致,龙门山断裂带、安宁河断裂带与地壳介质散射强度梯度带具有较强的相关性,散射强度高值区偏向青藏块体一侧;强震震中沿散射强度梯度带分布,其震中偏向散射强度高值区一侧;散射强度呈现纵向非均匀性特征,下地壳介质散射强度高于上地壳.研究区强、弱散射强度的空间分布可能与区内强烈的地质构造运动、频繁的地震及火山活动所引起深部物质破碎、熔融及其沿断裂带的上涌与运移有关.     

青藏高原东北缘上地幔多尺度层析成像

利用布设在青藏高原东北缘地区的甘肃宽频带地震台阵记录到的远震P波走时数据,采用小波域参数化和基于L1范数的稀疏约束反演算法的多尺度层析成像方法,得到了该地区400km深度范围内上地幔的P波速度结构.本文采用的多尺度层析成像方法可以自适应数据非均匀采样的情况,有效降低谱泄漏效应和反问题的多解性,明显提高解的分辨率和可靠性.层析成像结果表明青藏高原东北缘上地幔整体上显示为低速特征,扬子地块上地幔则显示为高速特征,两者之间上地幔存在清晰的块体边界带,该边界带位于东经104°—105°之间并且随深度的增加逐渐东移.该特征暗示了青藏高原上地幔物质向东扩张的机制,但在西秦岭上地幔顶部不存在物质运移的通道.青藏高原东北缘内部也具有明显的分区特征,松潘—甘孜地块上地幔P波速度整体呈低速特征,而柴达木地块的上地幔顶部具有相对高速特征,而在上地幔200km以下这两个地块间的差别逐渐减小.1654年天水地震和1879年武都地震都发生在扬子地块与青藏高原的碰撞交汇区,其震中下方上地幔显示为高低速转换结构.     

青藏高原东缘地壳上地幔电性结构研究进展

经过数十年的努力,中国学者针对青藏高原东缘地壳上地幔探测,累积完成超过20000 km的大地电磁测深剖面,取得了一系列重要科学数据和认识,为青藏高原东缘构造格局、地壳上地幔电性结构、地震机制和动力学研究奠定了基础.根据青藏高原东缘的主要构造和断裂分布特征,本文重点对龙门山构造带、川滇构造带和三江构造带三个构造带分区进行研究,主要依据大地电磁探测工作成果和壳幔电性结构特征,系统地对青藏高原东缘地壳上地幔电性结构、与扬子西缘接触关系、汶川地震和芦山地震的电性孕震环境及弱物质流通道等几个方面进行了梳理和分析.一是青藏高原东缘地壳表层岩块和物质沿壳内高导层向龙门山造山带仰冲推覆,表现为逆冲推覆特征的薄皮构造;二是高原东部地壳中下部及上地幔顶部向龙门山造山带和上扬子地块西缘岩石圈深部俯冲,呈现刚性的上扬子地块西缘高阻楔形体向西插入柔性青藏块体的楔形构造;三是将汶川地震和芦山地震的震源投影到大地电磁剖面上,发现震源位于剖面下方的高阻块体与低阻体之间靠近高阻体的一侧,龙门山构造带岩石圈表现出高阻、高密度和高速的"三高"特征,这种非均匀电性结构可能构成地震孕育发生条件;四是川滇和三江地区的多条大地电磁剖面探测结果表明,在青藏高原东缘中下地壳存在下地壳流和局部管道流,大地电磁结果对其空间分布形态、位置及大小进行了较好的刻画.根据研究区壳幔电性结构特征的构造解析和综合实例分析,总结了青藏高原东缘六类壳幔电性结构模型,提出了下一步重点研究领域和目标.总之,青藏高原东缘壳幔电性结构的研究对揭示研究区岩石圈结构和构造格局提供了重要依据,对油气及矿产资源远景评价提供了背景资料,对"Y"型多地震区的构造关系和发震机理研究具有重要指导意义.