青藏高原东北缘上地幔地震各向异性:来自SKS、PKS和SKKS震相分裂的证据

基于青藏高原东北缘甘肃区域台网41个宽频带地震台站的远震记录资料,通过PKS、SKS和SKKS震相的剪切波分裂分析,获取了台站下方介质的各向异性分裂参数,得到该地区上地幔各向异性分布图像,并结合GPS速度场和地壳剪切波各向异性分析青藏高原东北缘各向异性形成机制及壳幔各向异性特征.分析结果认为,在阿尔金断裂带西侧,各向异性快波偏振呈NWW-SEE方向,与断裂带走向有一定夹角,与塔里木盆地向柴达木盆地俯冲方向一致,说明该地区上地幔物质变形主要受古构造运动的影响,属于"化石"各向异性.在祁连山-河西走廊构造区,XKS快波偏振呈NW-SE方向,一致性较好,与区域断层走向方向相同;由区域小震的地壳剪切波分裂分析得到的地壳剪切波快波偏振在该区域呈NE-SW方向,与相对于稳定欧亚大陆GPS运动速率一致,地壳和地幔快波偏振方向的差异表明壳幔变形可能有不同的形变机制.在陇中盆地及其周缘,由于处于活跃青藏地块与稳定鄂尔多斯地块之间的过渡带,相对于其他区域具有更加复杂的构造背景,地壳快波偏振和地幔快波偏振总体上呈NWW-SEE方向,说明壳幔变形机制可能相同;但不同台站结果之间存在一定离散性,推测是由于受局部构造特征差异性造成.     

青藏高原东北缘SKS波分裂研究

利用青藏高原东北缘区域数字地震台网43个台站的远震SKS波形资料,采用最小能量法和旋转相关法得到台站下方上地幔介质各向异性的分裂参数:快波偏振方向(φ)和快慢波时间延迟(δt)。研究结果表明:在塔里木盆地东南缘区域,各向异性快波方向与该区域的断裂走向存在明显的夹角,该盆地向柴达木盆地的俯冲方向一致,各向异性归因为古构造运动遗留下的"化石各向异性",且由于壳幔物质的拆沉作用,推测该区域壳幔之间存在解耦作用;在祁连—河西走廊区,SKS快波偏振方向呈NW-SE,与主要断裂带的走向一致;在西秦岭北缘断裂带附近,观测到快慢波时间延迟有着较大的变化,可能是岩石圈变形和软流圈物质流动共同导致;在鄂尔多斯板块内,快波方向呈NW-SE方向,可能暗示青藏高原深部物质分叉绕流运动。青藏高原东北缘不同区域台站下方的各向异性均具有差异性,进一步证实了青藏高原东北缘地区构造变形的复杂性。     

青藏高原东北缘上地幔各向异性研究

通过分析位于青藏高原东北缘的区域数字地震台网30个台站的远震SKS波形资料,采用最小切向能量的网格搜索法和叠加分析方法求得每一个台站的SKS快波偏振方向和快、慢波的时间延迟,获得了青藏高原东北缘上地幔各向异性图像.从得到结果看,青藏高原东北缘的各向异性快波方向基本上呈NW-SE方向,并有一顺时针旋转趋势,快、慢波时间延迟是0.70～1.51 s.青藏高原东北缘的SKS快波偏振方向与区域内主要构造断裂走向基本一致;各向异性快波偏振方向变化与区域内最小平均主压应力方向变化相似,也与由GPS测量得到的速度场方向变化相似.研究表明青藏高原东北缘上地幔物质在区域构造应力场的作用下,发生了顺时针旋转的形变以至流动,使得上地幔中橄榄岩的晶格排列方向平行于物质形变或流动方向,上地幔变形和上覆地壳变形可能存在垂直连贯变形特征.     

基于背景噪声研究云南地区面波速度非均匀性和方位各向异性

基于中国地震科学探测台阵项目一期在南北地震带南段架设的300多个地震台站,利用2011年10月至2012年9月的连续观测记录,采用基于背景噪声互相关函数的面波层析成像技术,研究了青藏高原东南缘的云南地区面波群速度和方位各向异性分布.结果显示,地壳的面波快波方向呈现近南北向,整体表现出围绕东喜马拉雅构造结顺时针旋转的趋势,和地表GPS速度场以及S波分裂的快波方位较为一致.小江断裂东西两侧的快波方位有一定差异.对反映深度大概在下地壳和上地幔顶部的长周期面波,快波方向从近南北向逐渐向北西向过渡,在菱形块体附近,26°N以南,快波方向和红河断裂的走向趋于一致;其他区域相比上地壳的快波方向也有较大变化,这种结果较为支持青藏高原东南缘的云南地区壳幔变形的解耦.在滇西南,澜沧江向东弧形展布区域,中下地壳快波方位呈现局部的圆周旋转趋势,结合该区地震分布规律和应力主轴方向,推测这种现象和块体挤压及旋转具有一定相关性.     

四川及邻区上地幔各向异性研究

对布设在四川及邻区的固定和流动宽频带地震台网共94个台站记录作远震SKS波形资料偏振分析,采用最小切向能量的网格搜索和叠加分析求得每一个台站的SKS快波偏振方向和快、慢波的延迟时间,获得四川及邻区的上地幔各向异性图像．从得到结果整体看,各向异性快波方向在研究区东北部为NWW-SEE方向,到中部的NW-SE方向,再到西部的近NS方向,有顺时针旋转的趋势,主体以NW—SE方向为主,快、慢波延迟时间是0．47～1．68s．各向异性的快波偏振方向与GPS测量的地壳运动速度场方向变化相一致．通过分析各向异性图像,认为四川及邻区上地幔物质在区域构造应力场的作用下发生了变形,它使橄榄岩中晶格排列方向平行于物质变形方向,研究区壳幔变形可能存在垂直连贯变形特征．汶川地震可能是高原东缘地壳或上地壳物质受上地幔物质SE向的拖曳力作用向东挤压,这种挤压受到四川盆地下的刚性地块的顽强阻挡,经过长期的构造应力能量的积累,最终在龙门山映秀地区突然释放,导致汶川8．0级地震发生．     

首都圈地区SKS波分裂研究

通过分析首都圈数字地震台网的49个宽频带和甚宽带台站的远震SKS波形资料,采用最小切向能量的网格搜索法和叠加分析方法,求得每一个台站的SKS快波偏振方向和快、慢波的时间延迟,获得了首都圈地区上地幔各向异性图象.首都圈地区的各向异性快波方向基本上呈WNW-ESE方向,快、慢波时间延迟为0.56-1.56 s.研究表明,首都圈地区上地幔存在明显的各向异性,引起各向异性的主要原因是研究区受太平洋板块俯冲作用下软流圈物质变形,使得上地幔橄榄岩等晶体的晶格优势取向沿物质流动方向.另外,中国大陆受印度板块与欧亚板块的强烈碰撞,大陆西部地壳增厚隆起,同时造成物质东向挤出,使得首都圈地区上地幔物质沿快波方向变形.通过研究区各向异性快波方向和伸展运动方向与GPS测量得到的速度场对比分析,首都圈地区壳幔变形可能具有垂直连贯变形特征.     

青藏高原东北缘地壳各向异性及其动力学意义

利用中国地震科学探测台阵项目二期(ChinaArrayⅡ)81个台站的地震数据,使用时间域反褶积方法提取接收函数,挑选满足要求的高质量Ps震相,通过改进的剪切波分裂计算方法获取了53个台站共130对高质量各向异性参数对.地壳各向异性分析指出,研究区东南部地区地壳各向异性方向为NWW向,与XKS各向异性方向、GPS速度场三者近平行关系,说明该地区在青藏高原向欧亚大陆增生的过程中是一个耦合的连贯变形过程;位于研究区中、北部地区的地壳各向异性方向表现为NEE-SWW或E-W方向,与GPS速度场方向一致,而与XKS结果的偏振方向大角度相交,说明该地区受到青藏高原下地壳塑性管道流的影响,可能存在壳幔解耦作用.     

中国东北地区SKS分裂的上地幔各向异性结构与动力学

本研究收集了中国东北地区2008—2016年九年时间内207个固定地震台站和127个NECESSArray流动地震台站的波形资料,利用SKS波分裂的最小切向能量网格搜索方法获得了243个台站的有效分裂结果.研究结果显示,尽管研究区各向异性快波方向基本以NW-SE向为主,但无论是在快波方向上还是快慢波时间延迟上不同构造单元内部与不同构造单元之间均存在着较大差别.大兴安岭造山带北部的各向异性快波方向自北向南由NNE-SSW向转变为NNW-SSE向,在中部以NW-SE向为主,而南部自北而南由NE-SW向逐渐转变为近E-W向;松辽盆地的各向异性快波方向在北部自西向东主要表现为由NNW-SSE向逐渐转变为NW-SE向,在中部自西向东由NE-SW向转变为近E-W向,而在南部既有NE-SW向又有NW-SE向;佳木斯地块各向异性方向由西部的NW-SE转变为东部的NNW-SSE,同时快慢波时间延迟逐渐变大;长白山造山带北部自北向南由NW-SE向逐渐转变为近E-W向,中部各向异性快波方向为NNW-SSE向,且快慢波时间延迟较大,而南部以NW-SE向为主;燕山造山带的各向异性快波方向主要沿E-W向分布,基本平行于燕山造山带的走向.这些结果说明,尽管复杂的各向异性快波方向与局部岩石圈拆沉和热物质上涌有关,但更重要是与"大地幔楔"中物质水平流等动力过程密切相关,也有待将来结合更多地震资料如面波不同深度的特征各向异性进行分析.在阿巴嘎火山群、哈拉哈火山群、长白山火山、龙岗火山和镜泊湖火山区及五大连池火山区等特殊构造区的周边地区,各向异性快波方向围绕这些构造区随方位均发生明显变化,暗示了火山区下方热物质上涌可能影响了"大地幔楔"中的软流圈物质水平流方向.     

中亚造山带壳幔各向异性

中亚造山带是显生宙以来最大的陆売增生造山带,由前寒武纪微陆块、岛弧、蛇绿混杂岩带以及大陆边缘区等不同构造单元之间相互作用而成,是研究大陆动力学的理想场所。而介质变形的方向和大小可以通过地震各向异性反映出来。因此,开展中亚造山带壳幔各向异性研究有助于我们理解该区域岩石圈变形和深部地幔过程。本文利用新的地震观测数据,使用剪切波分裂方法,获取了研究区地壳及上地幔各向异性参数,并对地幔流特征进行了数值模拟,讨论了其可能的地球动力学含义。利用中国东北地区116个流动台站和31个固定台站平均观测时间2年以上的地震数据开展了SKS分裂研究,得到了377对各向异性参数。结果表明,大致以127°E为界,东西两部分各向异性特征差异明显。其中,西部地区各向异性快波偏振方向变化范围为N143?199°E,平均N169°E,与晚中生代岩石圈伸展方向一致;各向异性延迟时间平均值约为0.8s,主要为残留在岩石圈中的古老变形。而在研究区东部,各向异性方向比较杂乱,NNW-SSE朝向的各向异性被观测到,并伴随较大的延迟时间,可能与太平洋板块撕裂回撤而产生的地幔流动有关。此外,佳木斯地块被观测到了近W-E向的各向异性快波方向,可能与太平洋板块西向俯冲有关。利用位于蒙古地区105套流动地震台站数据开展了SKS分裂研究,测量到231对各向异性参数。结果表明,蒙古地区各向异性大致以蒙古主缝合线和华北克拉通北部边缘为界,从北到南划分为3个区域:在蒙古主缝合线以北,各向异性快波方向主要呈NW-SE向,范围从N118°E至N155°E,平均N134°E,延迟时间从0.6 s到2.4 s变化,平均值为(1.4±0.4)s,其中有6个台站各向异性程度十分强烈,可能与局部地幔流有关;蒙古主缝合线以南区域,各向异性快波偏振方向介于N44°E到N103°E之间,平均N81.4°E,基本与韧性走滑断层剪切方向一致,平均延迟时间为0.8 s,可能与断裂引起剪切作用有关;而在华北克拉通北部边缘区域,各向异性快波偏振方向骤变为NNW-SSE向,推测与岩石圈在早白垩纪的伸展构造有关,为残留在岩石圈内部的化石各向异性。肯特山以南和阿巴嘎火山地区,33个台站只测量到null结果,推测与地幔热物质上涌有关。使用蒙古中南部地区69套流动地震台站数据,对接收函数Pms震相进行分裂研究,获取了1 473对地壳各向异性参数。结果表明,蒙古中南部地壳各向异性分布不均匀,在54个台站得到了NE-SW向各向异性快波偏振方向,平均值为N58°E±16°,与最大水平主应力方向和区域内主要断层走向一致,说明这部分地壳各向异性的主要成因与上地壳流体填充的微裂隙有关。而NW-SE向各向异性快波偏振方向在53个台站被观测到,各向异性方向变化范围平均N132°E±16°,与研究区大部分SKS分裂快波方向具有较好的一致性,说明下地壳造岩矿物晶格定向排列是各向异性的主要成因。利用GPS和断层第四纪滑动速率数据,计算得到了地表速度场。在简单软流圈地幔流假设下,联合地表速度场和实际测量各向异性数据,模拟了蒙古地区地幔流运动速度,结果表明蒙古下方存着两种可能的地幔流形式:在HS3热点参考系下,地幔流方向为NW向,大小约为25 mm/a;而在NNR无旋参考系下,地幔流方向为NE向,大小约为16 mm/a。     

蒙古中南部地区地壳各向异性及其动力学意义

利用蒙古中南部地区布设的69套宽频带数字地震仪2011年8月—2013年7月记录的远震事件,使用时间域反褶积方法提取接收函数,并挑选高质量Pms震相,通过改进的剪切波分裂方法对研究区地壳各向异性参数进行了研究,最终获取了1473对各向异性参数.经过统计分析,有48个台站可以归纳出两个方向的各向异性,11台站得到单个方向的各向异性,而剩余10个台站各向异性方向比较发散.结果显示,各向异性在蒙古中南部地壳中呈不均匀分布,有54个台站得到了NE-SW向各向异性,快波偏振方向平均值为N58°E±16°,与最大水平主应力σHmax方向和区域内主要断层走向一致,说明这部分地壳各向异性的主要成因存在于上地壳,可能与流体填充的微裂隙有关.而NW-SE向各向异性在53个台站被观测到,各向异性方向变化范围平均N132°E±16°,与研究区大部分SKS分裂快波方向具有较好的一致性,说明下地壳成岩矿物晶体定向排列是各向异性的主要成因.研究区地壳各向异性的分层特征总体上支持岩石圈受到NE-SW向挤压的动力学模型.     

利用剪切波分裂研究青藏高原东北缘及东南缘上地幔各向异性

利用从IRIS上下载的青藏高原东北缘238个台站以及中国地震科学探测台阵喜马拉雅一期350个台站记录到的远震波形数据,通过采用剪切波分裂方法,获取各个台站下方各向异性分裂参数——快波偏振方向（φ）和分裂时差（δt）,从而得到青藏高原东北缘、东南缘上地幔的各向异性特征。研究结果表明,祁连块体、阿拉善块体和鄂尔多斯块体北部,快波方向为NNW-SSE,明显不同于GPS测量得到的近NE-SW的地表位移场方向,延迟时间平均~0.85 s;羌塘块体以及松潘-甘孜褶皱带的西部,快波方向呈现沿顺时针方向旋转的趋势,并且与GPS测量得到的地表位移场方向一致,延迟时间平均为~1.24 s;松潘-甘孜褶皱带东部、秦岭造山带与鄂尔多斯块体南部的交界处,快波方向呈现无序分布,与GPS方向表现出不一致的分布,延迟时间平均~1.08 s;川滇块体北部,快波方向近似N-S方向,与GPS测量得到的地表位移场方向相同,平均延迟时间为~0.925 s;位于北纬26°以南的川滇块体南部,快波方向近E-W方向分布,明显不同于GPS地表位移场方向,平均延迟时间~1.065 s。综合分析推测,羌塘块体、松潘-甘孜褶皱带的西部以及川滇块体北部,地表形变和深部之间的变形是相互耦合的;祁连块体、阿拉善块体和鄂尔多斯块体北部,松潘-甘孜褶皱带东部、秦岭造山带与鄂尔多斯块体南部的交界处以及川滇块体南部,壳幔之间可能存在解耦现象。     

Shear wave splitting analysis of local earthquakes from dense arrays in Shimian,Sichuan

The Shimian area of Sichuan sits at the junction of the Bayan Har block, Sichuan-Yunnan rhombic block, and Yangtze block, where several faults intersect. This region features intense tectonic activity and frequent earthquakes. In this study, we used local seismic waveform data recorded using dense arrays deployed in the Shimian area to obtain the shear wave splitting parameters at 55 seismic stations and thereby determine the crustal anisotropic characteristics of the region. We then analyzed the crustal stress pattern and tectonic setting and explored their relationship in the study area. Although some stations returned a polarization direction of NNW-SSE, a dominant polarization direction of NW-SE was obtained for the fast shear wave at most seismic stations in the study area. The polarization directions of the fast shear wave were highly consistent throughout the study area. This orientation was in accordance with the direction of the regional principal compressive stress and parallel to the trend of the Xianshuihe and Daliangshan faults. The distribution of crustal anisotropy in this area was affected by the regional tectonic stress field and the fault structures. The mean delay time between fast and slow shear waves was 3.83 ms/km, slightly greater than the values obtained in other regions of Sichuan. This indicates that the crustal media in our study area had a high anisotropic strength and also reveals the influence of tectonic complexity resulting from the intersection of multiple faults on the strength of seismic anisotropy.     

云南禄劝地震震源处的应力场求解

采用前人反演得到的云南禄劝地震的地震矩张量和主震及部分余震的震源机制解,以该主震震中为中心在全球CMT目录中查询到的部分地震的震源机制解,先将地震矩张量转化为震源机制解,运用精细网格搜索反演方法将震源机制解反演得到禄劝地震和其周边地区的应力场。对反演得出的两个应力场进行差异性对比研究,结果表明禄劝地震震源处主压应力场为NNW—SSE向,主压应力与主张应力相当,周边地区的主压应力方向为NW—SE,断层破裂面倾角大,以走滑正断层为主,主压应力占优势。但是由于云南地区主要由NNW—SSE和NW—SE方向的主压应力控制,并受本文所选的周边地区的经纬度及所处地区的控制,所以该区域在总体上受NW—SE方向的压应力控制,局部地区受NNW—SSE方向的压应力控制。该结果可以用来分析该地区的地震地质背景和断层形成条件,对地球动力环境的研究有一定的意义。     

四川区域地震台网的剪切波分裂研究

通过对成都数字地震台网2000年5月1日——2006年12月31日6年多资料的分析,使用剪切波分裂SAM系统分析方法,获得了四川地区8个地震台站的快剪切波偏振结果. 结果表明,四川地区大部分台站的快剪切波偏振优势方向主要为NE或NW方向;位于活动断裂上或几条活动断裂交汇部位的台站的快剪切波偏振优势方向,大多数与对选用的小地震起控制作用的活动断裂走向一致,或与区域主压应力方向一致. 但复杂的局部构造会影响剪切波分裂结果, 造成台站的快剪切波偏振优势方向与主要活动断裂走向不一致, 或与区域主压应力相差较大的现象.      

利用中国地震科学台阵研究青藏高原东南缘地壳各向异性:第一期观测资料的剪切波分裂特征

中国地震科学台阵第一期(2011—2013年)布设在南北地震带南段,本研究利用中国地震科学台阵布设在云南及相邻地区的部分流动台站记录到的2011年6月至2013年3月的数字地震波形资料,开展地壳各向异性分析.本文使用剪切波分裂系统分析方法(SAM方法),获得了研究区内67个台站的剪切波分裂参数.研究结果表明,受到云南及周边地区复杂的构造、应力环境和纵横交错的断裂分布的影响,该地区快剪切波偏振方向(PAZ)整体上显示出NNE向和NE向的优势取向,但在空间分布上比较复杂,虽然大部分台站的PAZ与构造应力场方向一致,但部分断裂附近台站的PAZ受到断裂的影响.结果显示,本研究区内不同区域的PAZ有一定差异性.本研究划分了5个子区,西部3个不同区域的PAZ从北到南分别为NNW向、近N-S向和NE向,有顺时针旋转的趋势,而东部的2个区域PAZ分别为NEE向和NNW向.研究证实,青藏东南缘地区的地壳各向异性空间分布虽然非常复杂,但大体上与区域内的主压应力的方向和断裂分布相关.     

基于背景噪声研究青藏高原东北缘瑞利波相速度和方位各向异性

本研究收集了甘肃、青海、宁夏等118个宽频带数字地震台站的连续波形资料,利用噪声互相关,经过计算和筛选,在5~38 s范围内,共得到5773条瑞利波相速度频散曲线.然后采用1°×1°的网格划分,反演获得青藏高原东北缘相速度和方位各向异性分布.结果表明：短周期8~12 s内,鄂尔多斯从低速异常变为高速异常;该周期范围内各向异性结果与区域断裂走向有很好的一致性.18~25 s周期内,祁连地块、松潘-甘孜地块、羌塘地块低速异常范围逐渐变大,随周期增加地壳低速异常与人工探测结果相符;鄂尔多斯表现为速度随周期增加逐渐变大,说明其中下地壳速度相对偏高,不存在低速异常;该周期范围内的各向异性特征表现为,祁连地块和松潘甘孜地块大致呈NW-SE方向,而青藏高原内部快波方向显示了顺时针旋转的形态.在30~35 s范围内面波速度主要受莫霍面深度和莫霍面附近介质速度的影响,与地壳厚度分布有非常好的吻合.综合不同方法获得的各向异性研究结果,支持印度-欧亚板块的碰撞使青藏高原东北缘地壳发生缩短和逐渐隆升的观点,认为整个岩石圈的垂直缩短变形是青藏高原东北缘的主要形成机制.