羌塘盆地中部地区地壳S波速度结构及构造意义

羌塘盆地是我国最大的海相盆地.本文根据在羌塘盆地内布设的27个宽频带地震观测台站记录的远震波形数据,利用非线性复谱比反演算法得到各台站下方100 km深度范围内S波速度结构.结果表明.羌塘地区Moho深度较为平缓,平均深度为61 km;北羌塘地壳内低速层广泛分布;北羌塘具有两个较大的沉积盆地,龙尾错和白滩湖坳陷,沉积厚度分别有10 km和15 km.尽管北羌塘下地壳受到强烈的新生代火山岩作用改造,但是这种深部岩浆热作用会加速烃源岩中有机质的热演化历程.北羌塘两个盆地具有很好的油气前景.与北羌塘低速层分布相比,南羌塘下低速层更深,可能与班公怒江洋于中生代的俯冲消减及拉萨地体北向俯冲有关.     

青藏高原INDEPTH-Ⅲ剖面地壳厚度与泊松比：地质与地球物理含义

对INDEPTH Ⅲ台站的接收函数进行扫描，利用Moho界面产生的转换波和多次波的走时信息，估计台站下方的地壳平均波速比VP/VS和地壳厚度.结果显示：（1）沿着INDEPTH Ⅲ剖面，地壳厚度整体变化不大，均为65±5km，其中拉萨地块Moho界面埋深较羌塘地体要深约5～6km.结合其他研究资料，我们推断，在整个班公-怒江缝合带存在约10km的Moho错断，为拉萨地体北缘的地幔盖层向北俯冲到羌塘地体之下所致.（2）青藏高原地壳平均波速比整体都较高，可能与青藏高原地壳广泛存在的流体/部分熔融岩浆有关.拉萨地体北部异常高的地壳VP/VS可能与嘉黎-崩错右旋走滑断裂相关；而另一个泊松比异常区位于羌塘中北部（st36～st40），它可能是由热的地幔引起的壳内部分熔融所致.     

远震P波接收函数揭示的张家口(怀来)—中蒙边境(巴音温多尔)剖面地壳厚度与泊松比

本文使用时间域迭代反褶积算法,从张家口(怀来)—巴音温多尔一线布设的41个宽频地震台站、1年期间记录的连续三分量数据中提取到高质量的P波接收函数1844个.用H-κ扫描方法获得了测线下方Moho深度与波速比值(VP/VS)进而计算出泊松比,用共转换点(CCP)叠加方法获得了沿测线Moho面起伏图像.结果显示:(1)测线下方Moho深度平均40km,仅各块体边界处出现Moho深度小尺度急剧变化.整体上,Moho面产状相对于索伦缝合带大致对称,在缝合带南侧的温都尔庙带和白乃庙带下方呈南倾趋势,在缝合带北侧的宝力道带、贺根山杂岩带下方呈北倾趋势.(2)华北克拉通北缘泊松比总体较高,兴蒙造山带整体较低;各次级块体内部泊松比分布相对稳定,块体分界带附近往往存在泊松比值的升降扰动.(3)整条测线地壳厚度和泊松比之间存在弱的负相关关系,表明存在构造作用的影响.(4)整条测线泊松比呈现以索伦缝合带南缘为对称轴的非线性分布.本文所获得的地壳上地幔结构以及泊松比分布特征,支持古亚洲(索伦)洋(南北)双向俯冲,最终沿林西断裂闭合的动力学模式.     

鄂尔多斯块体及周边区域地壳结构的接收函数研究

鄂尔多斯块体及周边区域的深部构造研究对于了解华北克拉通与其周边地带形成、发展和克拉通破坏具有怎样的壳、幔结构和深层动力学过程具有重要的意义.本文利用北京大学和中国地震局在华北克拉通西部地区布设的共32台宽频带地震仪记录的远震体波资料,组成一条近南北向的观测剖面,由北至南依次穿过阴山造山带、河套盆地、鄂尔多斯块体、渭河盆地、秦岭造山带和大巴山系.计算各台站的P波接收函数,利用倾斜叠加(H-κ)方法得到了研究区域地壳厚度和泊松比;利用Kirchhoff偏移成像方法得到了研究区域下方Moho面的形态.研究结果表明,阴山造山带地壳厚度为42~44km,地壳结构稳定,泊松比约为0.27,推测该区域的造山运动是深部物质上涌导致.河套盆地内Moho面抬升,可认为是岩石圈物质上涌导致.鄂尔多斯块体内平均地壳厚度41.2km,泊松比0.27,Moho面从北至南平缓有平缓抬升的趋势,从最北端的43.5km到最南端的39km.鄂尔多斯块体北部在20km深度处存在低速层,块体内部36°N~37°N区域内出现Moho面小规模下沉,这对鄂尔多斯块体地壳结构单一、完整、未遭到破坏的观点提出了挑战.渭河盆地内Moho面隆起,最浅达到30km,推测是青藏高原地壳上地幔物质向东挤出并上涌所造成的.秦岭造山带地壳厚度约38.5km,Moho面平稳.位于扬子板块北缘的大巴山系地壳厚度达到54.5km,明显大于华北克拉通的地壳厚度.     

华北克拉通地壳结构区域差异的接收函数研究

利用远震数据接收函数H-?叠加和前人发表的共823个台站下方的Moho面深度与平均泊松比信息,结合地形与接收函数振幅资料,共同约束华北克拉通的地壳结构特征.结果表明华北克拉通古老和改造的地壳共存,与区域地形和地质构造有较好的对应关系.华北东、中和西三块体地壳结构差异明显,整体大致处于重力均衡状态,中西部局部地区和东部均衡度较低.它们的平均Moho面深度分别为33,37和42 km,而平均泊松比分别为0.268,0.267和0.264.Moho面深度或泊松比异常主要分布在裂陷区,中部南北缘以及构造边界附近;鄂尔多斯核心表现出典型克拉通性质的Moho面深度和泊松比.三个区域Moho面深度与泊松比都呈现出负相关的关系,但变化趋势存在差异.东、中部北缘接收函数振幅相对较大,裂陷及其邻区振幅相对偏低,燕山带和山西裂陷南侧振幅显示出小尺度变化.上述结果表明,华北东部地壳整体受到破坏减薄,中、西部地壳表现为局部改造.不同区域地壳结构的差异可能反映了华北地壳改造过程和机制的区域差异性:东部地壳整体破坏可能主要由中新生代以来东侧太平洋板块俯冲引起;中、西部地壳局部改造可能是其自身结构和性质的不均匀性在长期演化过程中多次改造活化的叠加效果.     

利用接收函数研究青藏高原东南缘的地壳上地幔结构

本文使用位于青藏高原东南缘的25个地震台站的远震数据,采用P波和S波接收函数的方法研究了台站下方的Moho深度、泊松比以及地幔过渡带的厚度.计算结果表明：① 青藏高原东南缘的地壳厚度由松潘—甘孜地体和羌塘地体的约60 km,向邻区的印支地体以及扬子板块分别减薄为约38 km和约42 km; ② 羌塘地体的泊松比主要集中范围为0.25～0.28,地壳物质组分主要为中基性岩石,推测与下地壳镁铁质成分的增加有关.松潘—甘孜块体、印支块体和扬子板块的泊松比为0.25～0.26,主要为中酸性岩石组分.缺乏高的泊松比(≥0.30)分布表明青藏高原东南缘的地壳不存在广泛的部分熔融,但是不排除局部部分熔融的存在;③ 青藏高原东南缘的羌塘地体内存在一个比较明显的、异常变化范围为10～26 km的地幔过渡带增厚区域,其对应着地幔过渡带内100℃～260℃的温度降低,可以推断与此异常区域的地幔过渡带内存在俯冲的板块有关.     

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.     

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.     

鄂尔多斯西缘北段的地壳结构和块体间变形关系

本文对喜马拉雅计划二期部分台站的远震波形数据进行接收函数提取,利用接收函数共转换点叠加方法获得阿拉善地块、鄂尔多斯地块以及银川—河套盆地下方0~80 km深度的速度间断面结构.结果表明:鄂尔多斯地块成层性好,地壳厚度为38~42 km,康拉德界面为18~22 km,阿拉善地区的Moho面深度为38~45 km.河套盆地地壳厚度约52 km,银川断陷盆地和贺兰山下方的Moho面最深为~55 km.鄂尔多斯西缘构造边界下方Moho面变化明显,且黄河断裂为深大断裂直接切割莫霍界面.根据本文的间断面成像结果我们进一步确定阿拉善地块与鄂尔多斯地块分属不同的大地构造单元.与此同时,我们推测贺兰山以西70~80 km范围内和鄂尔多斯地块西缘北段存在地壳增厚变形的可能.     

印度板块下地壳北向俯冲与榴辉岩化的地震学证据:接收函数成像结果

印度地壳与岩石圈地幔的俯冲前缘和俯冲形态,对认识高原构造变形、隆升机制有重要意义.本文基于青藏高原西缘分布的流动宽频带地震台站（TW-80测线和Y2台网）记录的远震波形数据,通过接收函数H-κ网格搜索与CCP叠加方法,对研究区地壳结构进行成像.结果显示：（1）研究区西侧北西—南东向剖面（剖面1,2）,狮泉河逆冲断裂带以南,深度67~80 km范围内均观测到连续的Moho界面;40~55 km范围内存在另一组横向上可连续追踪的界面,其形态与之下Moho面横向变化趋势近乎平行;（2）研究区东侧剖面3下方,Moho面从南端喀喇昆仑断裂带下方向北逐渐加深,在雅鲁藏布江缝合带附近增至大约67 km,进入拉萨块体至台站WT20和WT03下方至最深75~80 km,然后向北有所抬升.基于成像结果和岩石学研究成果推测藏南块体下方,自西向东均存在俯冲印度板块下地壳的榴辉岩化现象,可以用来指示印度板块地壳尺度的俯冲前缘,其在青藏高原西部（约80°E）位于班公湖—怒江缝合带附近,向东逐步递减至拉萨块体中部.     

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.      

Lateral variation in Moho depth around the southern Tanlu fault zone and its adjacent area

We estimated Moho depth beneath the southern Tanlu fault zone and its adjacent area using common-conversion-point(CCP)stacking of receiver fun-ctions,which were computed from teleseismic records of the CEArray.Our estimated Moho depth matches well with 2-D profiles derived from active-source deep seismic reflection surveys,suggesting that the calculated the Moho depth map is likely accurate beyond the 2-D profiles.Overall,the estimated Moho depth map showed a high spatial correlation with tectonic provinces,i.e.,Moho topographic boundaries are in good agreement with geological boundaries.Beneath the Dabie orogenic belt and the mountainous areas in southern Anhui Province,the Moho lies relatively deep,and there is an obvious difference in Moho depth between the two sides of this segment of the Tanlu fault.We further selected four depth profiles with dense instrumentation to show Moho depth changes across different tectonic blocks in the study area.We saw two step-like changes in Moho depth beneath the Xiangfan-Guangji and Gushi-Feizhong,which run parallel along the WNW-ESE direction and delineate the southern and northern bounds of the northern Dabie orogenic belt,which is likely the suture zone between the North China Block and South China Block.Crust beneath the northeast corner of the study area is significantly thinner than other areas,which is consistent with the crustal detachment model proposed for suturing between the North and South China blocks in the region east to the Tanlu fault.     

鄂尔多斯地块东南缘地带Moho深度变化特征研究

鄂尔多斯地块东南缘是主要的历史强震活跃区,曾经多次发生6级或以上的强烈地震,其边缘边界具有较强的地震活动性.本文利用该区域内分布的固定台站数据记录的大量远震体波波形资料,应用频率域反褶积方法提取远震P波接收函数,由H-κ方法测定了各台站下方的Moho深度和V_p/V_s值.研究结果表明:鄂尔多斯地块东南缘的V_p/V_s值介于1.6~1.9之间.东缘的Moho深度介于33.4~45 km之间,太原断陷盆地附近的Moho深度较浅,最浅处为33.4 km;东部北段的延怀盆地、蔚县盆地、阳原盆地和南段的临汾盆地附近Moho深度变化不大,平均深度为40 km.而在东缘东侧,因存在着山西断陷带,导致块体边缘的Moho深度要小于块体内部的Moho深度.块体南缘的Moho深度介于31.0~53.1 km之间,自东段向西段Moho深度逐渐变大,从渭河盆地附近的31.0 km增厚至秦岭造山带地段的53.1 km.总之,鄂尔多斯地块东南缘地带的Moho深度和V_p/V_s值分布具有明显的分块特征,块体内部结构比较稳定,东缘东段地壳结构相对一致,东缘东侧与西侧地壳深度具有明显的差异性,从山西断陷以东向西地壳厚度逐渐增厚,很好地对应了其地质构造特点.     

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.     

华北克拉通东部地壳和上地幔结构的接收函数研究

利用北京大学和早期中国科学院地质与地球物理研究所在华北克拉通东部地区布设的共34台宽频带地震仪记录的远震体波资料,获取P波接收函数和S波接收函数,再分别通过偏移成像和共转换点叠加(CCP)和倾斜叠加得到了华北克拉通东部横跨郯庐断裂带地区沿剖面的地壳和上地幔速度间断面分布.研究结果表明,鲁西隆起下方的莫霍面的深度要比华北盆地和青岛地区浅约5 km,形成类似屋顶状的莫霍面隆起.郯庐断裂带和聊考断裂带下方的莫霍面有明显的错断.岩石圈与软流圈的分界面(以下简称LAB)的深度从太行山山前的约100 km深度上升到鲁西隆起下方约60 km深,向东在青岛地区下方LAB深度进一步变浅.我们利用倾斜叠加计算台站下方波速比得到地壳内的泊松比变化,结果显示鲁西隆起泊松比值分布相对均匀,而青岛地区内泊松比变化剧烈,可能反应了该地区作为苏鲁大别超高压变质带的北缘经历了较为复杂的地质演化过程.     

沿107.6°E南北向剖面鄂尔多斯地块及周缘地区地壳结构

鄂尔多斯地块紧邻青藏高原东北缘,位于华北克拉通的西部,在我国中生代、新生代以来东部地区的构造活动中起到了重要作用.对鄂尔多斯及其周缘地区的研究可以提供有关华北克拉通的形成、演化和破坏过程的重要信息.本文选取了纵贯鄂尔多斯的107.6°E附近南北剖面上的44个流动地震台站进行分析,采用接收函数方法,进行Kirchhoff偏移成像,并且结合在该区域内前人的地震面波频散进行联合反演,获得剖面下方的地壳内部精细结构.研究结果显示:(1)莫霍面在鄂尔多斯北部较平缓,约45km深;在鄂尔多斯南部有所加深,达到50km;其北边的河套盆地的地壳厚度约为50km;南边的渭河盆地到秦岭地区及四川盆地的地壳厚度从约为40km增厚到47～50km.(2)河套盆地下方存在大规模的低速异常,最深可达25km,反映了其显著的拉张构造和沉积历史.(3)秦岭造山带下方的低速异常对应于其主要为长英质的地壳组分,可能是由于中生代的拆沉作用导致的地壳下部基性岩石层的缺失.(4)以38°N为界的鄂尔多斯地块,南北部地壳速度结构存在差异,可能表明了这两部分经历的构造历史不同.     

Crust and upper mantle structures beneath Northeast China from receiver function studies

P-wave and S-wave receiver function analyses have been performed along a profile consisted of 27 broadband seismic stations to image the crustal and upper mantle discontinuities across Northeast China. The results show that the average Moho depth varies from about 37 km beneath the Daxing’anling orogenic belt in the west to about 33 km beneath the Songliao Basin, and to about 35 km beneath the Changbai mountain region in the east. Our results reveal that the Moho is generally flat beneath the Daxing’anling region and a remarkable Moho offset (about 4 km) exists beneath the basin-mountain boundary, the Daxing’anling-Taihang Gravity Line. Beneath the Tanlu faults zone, which seperates the Songliao Basin and Changbai region, the Moho is uplift and the crustal thickness changes rapidly. We interpret this feature as that the Tanlu faults might deeply penetrate into the upper mantle, and facilitate the mantle upwelling along the faults during the Cenozoic era. The average depth of the lithosphere-asthenosphere boundary (LAB) is ~80 km along the profile which is thinner than an average thickness of a continental lithosphere. The LAB shows an arc-like shape in the basin, with the shallowest part approximately beneath the center of the basin. The uplift LAB beneath the basin might be related to the extensive lithospheric stretching in the Mesozoic. In the mantle transition zone, a structurally complicated 660 km discontinuity with a maximum 35 km depression beneath the Changbai region is observed. The 35 km depression is roughly coincident with the location of the stagnant western pacific slab on top of the 660 km discontinuity revealed by the recent P wave tomography.     

接收函数方法估计Moho倾斜地区的地壳速度比

造山带地区的复合力系作用往往使Moho界面发生变形,局部表现为倾斜状态.为了得到这些区域精确地壳速度比结构,本文基于H-κ方法发展了H-κ-θ方法.该方法不仅考虑了倾斜Moho层的响应,同时利用径向和切向接收函数信息,增加了对扫描的约束.利用该方法对青藏高原东南缘地壳厚度和速度比结构进行研究,结果表明：研究区内地壳明显存在不均匀性,松潘—甘孜地体平均地壳厚度约为60 km,四川盆地西缘约为47 km,扬子地台约为43 km,三江块体和扬子地台东南缘已接近正常地壳厚度;松潘—甘孜地体与扬子地台相邻部位地壳平均地震波速度比（V_p/V_s）普遍偏高,且四川盆地西侧发现一绕盆地边缘的弧形高V_p/V_s异常区（>1.88）,我们推测该异常可能由青藏高原向东逃逸的地壳流体受到高强度的四川盆地阻挡,在其西侧堆积所致.