华南地块及其邻区Rayleigh波相速度层析成像研究

基于华南地块及其邻区609个宽频带地震台站2010~2012年的垂直分量连续波形记录,通过波形互相关和叠加计算得到各台站对间的经验格林函数.采用时频分析法提取出大量高质量的Rayleigh波相速度频散曲线,并反演得到了研究区周期6~50s的Rayleigh波相速度分布图像.结果显示周期6~10s的相速度分布与地壳中上部地质特征一致性较好,区域内的主要盆地和一些小尺度地堑和盆地呈现低速异常,造山带和褶皱带则呈现高相速度分布特征;周期20~30s的相速度分布以太行山-武陵山重力梯度带和地壳厚度突变带为界,西部地区主要表现为低速异常,东部地区则整体表现为高速异常,其中秦岭-大别造山带以南的华南地块东部相对以北的华北地块东部而言具有相对更高的相速度,可能与中生代以来华北克拉通和华南地块的构造演化存在差异有关;周期40~50s的相速度分布主要与下地壳和上地幔速度结构的横向变化有关,青藏高原东部因地壳厚度较厚表现为显著的低速异常,华北平原东南部和华南沿海地区表现为相对的高低速相间分布,四川盆地、鄂尔多斯盆地南部表现为显著高速异常,体现这两个块体稳定的上地幔岩石圈特征.从不同周期的相速度分布来看,华南地块西边界南段在云南东部及附近地区,相速度分布与当前的块体边界划分不太相符,仍需要深入研究.四川盆地相速度随着周期的增加存在"整体低速-盆地中部向外渐变高速-整体高速"的分布特点,反映了该盆地中部结晶基底和上地幔的高速.位于华北地块的鄂尔多斯盆地南部中上地壳存在一定程度的非均匀性,下地壳-上地幔顶部可能存在高速异常体.秦岭-大别造山带中段和位于桂东南的广西加里东期花岗岩分布区域在一定的周期范围存在显著高速异常体,其形成机理有待进一步分析.     

山西地区面波相速度分布图像

本文根据山西数字地震台网31个台站和周边河北、河南、陕西、内蒙数字地震台网6个台站2009年2月-2011年11月记录的面波资料,利用双台法测定了350条路径上周期8～75 s的基阶瑞利波相速度频散曲线.通过Ditmar&Yanovskaya方法反演得到33个周期分辨率为40～50 km的相速度分布图像.分析研究了4个具有代表性周期的相速度分布图像和3条不同方向的相速度剖面,这些图像揭示了山西地区地壳上地慢速度结构的横向非均匀性质和相速度纵向变化特征.10s周期的相速度分布图像显示出断陷带与两侧隆起区相速度存在明显的差异,凡个断陷盆地的最大沉降中心附近呈现低相速度异常;山西6级以上强震大都分布在15s周期高相速度与低相速度急剧变化的过渡带上;20～26 s周期的相速度以38°N为界呈现出南高北低格局,与山西断陷盆地带莫霍界面埋深南浅北深的结果相吻合;36 s～54 s周期相速度图像的低速区域逐渐收缩到大同一带,进一步说明南部区域在该周期反映的深度范围已进入上地慢,而大同盆地的低速可能与该区域的新生代火山群有关.沿113°E的南北相速度纵剖面显示周期25～75 s以38°N为界,南部相速度高、北部相速度低,证实了38°N线附近是晋北地块、晋南地块的“软”、“硬”块体的结合部位,可能是由于软流圈上涌幅度不同造成了深部速度的南北差异;其他两个横切裂谷的剖面显示出与人工地震测深剖面相似的特征.     

秦岭-大别及邻区背景噪声的瑞利波层析成像

秦岭—大别造山带西起青藏高原东北缘,东至郯庐断裂带,是华北板块和扬子板块之间的碰撞造山带.本文收集陕、豫、皖、赣、湘、鄂、渝等区域地震台网的160个宽频带地震台站连续两年地震背景噪声数据,用双台站互相关算法获得瑞利面波经验格林函数,提取相速度频散曲线,并根据面波层析成像反演得到秦岭—大别及邻区周期8~35 s范围内相速度分布图像.结果显示,大别地块在14 s相速度分布图中呈现低速异常,与8 s相速度分布图中的高速异常形成鲜明对比,反映大别HP/UHP(high pressure/ultrahigh pressure metamorphic rocks,高压/超高压变质岩)的影响仅存在于上地壳.25 s相速度图中,大致以太行一武陵重力梯度带为界,东部以高速异常为主,西部以低速异常为主,反映了地壳东薄西厚的结构特征.14~35 s相速度分布图显示郯庐断裂带南段东西两侧的显著差异,佐证了郯庐断裂带发生大规模左行平移运动时,其南段可能切入壳幔边界.同时,郯庐断裂带南段可能存在一个热物质上涌的通道,熔融的热物质通过该通道上升,混入大别地区的中下地壳,造成了红安一大别造山带的差异隆升.南秦岭与四川盆地东北部表现为低速异常,是否与青藏高原物质东流或者南秦岭的拆沉有关,还有待于进一步深入研究.     

河南及邻区瑞利波群速度噪声层析成像

本文选取河南及邻区39个宽频带和甚宽频带地震台站记录的2014年1月～2015年12月垂直分量的连续波形资料,通过波形互相关和叠加运算得到台站间的经验格林函数,并用时频分析方法提取了498条瑞利波群速度频散曲线,进而采用噪声层析成像方法反演获得了河南及邻区8～25s的瑞利波群速度分布图像。结果表明,8s周期的群速度分布与地表构造特征密切相关,平原地区表现为低速异常,而基岩出露的山区呈现为高速异常;14s、20s周期的群速度在山区表现的高速异常与8s相似,说明中上地壳与地壳浅部结构有一定的相关性和继承性;8～20s周期的群速度在华北平原地区存在低速异常范围随周期增加而减小的现象。华北平原地区在下地壳表现出的低速异常,可能与大陆地壳减薄有关。大致以太行-武陵重力梯度带为界,下地壳表现出的西部低速、东部至研究区中部高速异常差异,体现了地壳东薄西厚的结构特征。     

利用远震研究四川盆地及其周缘瑞利面波相速度和方位各向异性

基于四川盆地及周边的245个宽频带台站2010年9月—2014年9月期间的远震记录,提取双台路径瑞利面波相速度频散资料,反演得到四川盆地20～120s的高分辨率瑞利面波相速度及各向异性空间分布.在丰富区域地球物理基础数据的同时,结合已有研究成果对地壳上地幔变形耦合进行探讨,结果表明短周期(20～30s)的相速度分布与四川盆地的地质构造特征相吻合,作为川滇地块、松潘—甘孜地块和四川盆地之间的边界——龙门山断裂带和鲜水河断裂带对上述三个地块上地壳的速度结构具有明显的控制作用;松潘—甘孜地块,特别是川滇地块中下地壳普遍表现为明显的低速异常,表明中下地壳相对软弱;而四川盆地的中下地壳整体呈现相对高速,表明四川盆地具有相对坚硬的中下地壳.研究区域东南角接近北扬子地块与南扬子地块的缝合部位,呈现高速异常.四川盆地南部和东南邻区不同周期均具有较强的各向异性,且快波方向较为一致,反映这些地区不同深度变形耦合较好.四川盆地西部、北部及东北部邻区,不同周期的各向异性快波方向变化较大,不同深度变形耦合较差.这些特征与绕喜马拉雅东构造结的物质流动被扬子地块的高速地壳阻挡的宏观认识基本一致.     

利用背景噪声资料研究海原断裂带及邻区Rayleigh波相速度和方位各向异性

海原断裂带是位于青藏高原东北缘的一条NWW走向大型边界断裂带,为了研究该区域地壳速度结构与变形特征,使用中国地震局地震预测研究所布设的跨海原断裂带流动地震台阵(SACHY-Array)和研究区域内固定地震台站共61个台站(40个流动台站和21个固定台站)的垂向连续波形数据。采用背景噪声互相关方法,提取了面波相速度频散曲线,反演得到周期范围为5～30 s、分辨率1°×1°的Rayleigh波相速度和方位各向异性图像。结果表明,短周期5～10 s内,河西走廊过渡带东部、鄂尔多斯地块西北部以及银川地堑南部均呈现低速异常体,祁连造山褶皱带东段表现为相对高速体;海原断裂带西南侧快波偏振方向为NWW、 NW向,鄂尔多斯西缘及邻区快波偏振方向主要为近NS向,各向异性方向与区域断裂走向基本一致。15～30 s周期内,河西走廊过渡带东部及银川地堑南部的低速异常逐渐减弱且范围不断减小,15 s周期左右,河西走廊过渡带东部的低速体在烟筒山断裂带下方有错断的趋向,陇中盆地中央、鄂尔多斯西南缘均存在高速异常体;方位各向异性方向与短周期基本一致,不过各向异性强度较弱。本文认为,海原断裂带是高低速过渡带,位于断裂带...     

陕西及邻区瑞雷波相速度层析成像

本文利用布设于陕西及其邻区的喜马拉雅二期流动地震台阵和区内的固定地震台网共计257个台站于2014—2015年记录到的连续波形资料,采用基于图像分析的相速度提取方法,得到了7 185条瑞雷波相速度频散曲线,反演获得了周期为5—40 s的瑞雷波相速度分布图像,其最小分辨率约为20 km。结果表明:各周期瑞雷波相速度图像具有明显的横向不均匀性,能够较好地反映出地壳及上地幔顶部的地质构造特征。周期为5—10 s的瑞雷波相速度分布与地表地质构造密切相关,且高低速异常的分界线与地块边界高度吻合;周期为15 s的瑞雷波相速度分布图像显示出,大部分断陷沉积盆地（渭河、天水等盆地）表现为低速异常,表明此区域的沉积层厚度较大;周期为20—40 s的相速度分布则受地壳厚度影响较大,青藏高原东北缘始终呈现出明显的低速异常,鄂尔多斯地块中、下地壳以高速异常为主,但周期为20—30 s的相速度低速异常区分布于青藏高原沿六盘山逆冲褶皱带并一直延伸至鄂尔多斯内部,由此推测该区域地下介质中存在一定程度的物质交换和融合。      

华北地区勒夫波噪声层析成像研究

利用华北地震科学台阵200个流动地震台站、14个月的连续波形数据,通过互相关方法提取了勒夫波的经验格林函数,使用多重滤波方法测量了5229条勒夫波的群速度频散曲线,采用噪声层析成像方法得到了研究区域4~30 s的勒夫波群速度分布图像,横向分辨率在多数区域可以达到0.25°×0.25°. 层析成像结果显示,短周期的群速度分布特征与地表地质和构造特征基本一致,华北盆地和山西断陷带内的盆地呈现低速异常,燕山隆起和太行山隆起表现为高速异常;中周期的群速度分布图揭示了华北盆地内部隆起和坳陷的空间分布范围及沉积层的厚度差异. 勒夫波频散曲线具有明显的分区特征,太行山隆起、燕山隆起和鄂尔多斯块体东北缘的频散曲线形态基本一致,和其它典型克拉通相似;张渤地震带和山西裂谷盆地的频散曲线基本一致,接近于埃塞俄比亚裂谷. 中西部块体的平均频散曲线和其它典型克拉通相似,而东部块体的频散曲线和中西部块体存在较大差异,且低于其它典型克拉通,表明东部块体的地壳受到了强烈的破坏和改造,而中西部块体受改造的程度较低,仍具有稳定克拉通的物理性质. 太行山重力梯度带的东西两侧在地形地貌、速度结构、频散特征、地壳厚度、岩石圈厚度以及地幔过渡带厚度均存在显著差异,是划分华北克拉通破坏空间范围的一条重要界线,推测华北克拉通的破坏范围主要在太行山重力梯度带以东.     

利用地震背景噪声成像技术反演三峡库区及邻近地区地壳剪切波速度结构

本文利用三峡库区重庆遥测台网及邻近地区台网2012年1月至12月期间的连续波形记录,通过噪声互相关,提取了这些台站间的经验格林函数.并通过获取的经验格林函数瑞利面波频散信息,反演出该区域5~40 s瑞利面波相速度分布.周期5 s及10 s的相速度分布结果显示：四川盆地具有较厚的沉积盖层,其中盆地中部沉积层相对偏浅.而周期20 s及35 s的相速度分布结果显示：中下地壳的扬子克拉通整体呈现较高的相速度分布,具有相对坚硬的中下地壳结构.这其中吉首—常德的武陵山区附近出现明显高速异常,可能与江南古陆古火山岛链（雪峰—九岭弧形古火山群）活动有关,火山活动导致大量的基性-超基性幔源物质侵入地壳,造成了武陵山重力异常,并一定程度上阻挡了云贵高原和湘鄂西部的物质向南逃逸;在地形上,此处恰好对应我国地形第二阶梯向第三阶梯的过渡带,并将华南地块分隔为东西两大部分.最后我们在瑞利面波相速度成像的基础上,反演出该区域三维剪切波速度分布,结果显示四川盆地周边的龙门山、米仓山、大巴山、七曜山和大娄山等地质构造与地壳剪切波速度结构具有明显对应关系.研究结果有助于深入研究该区的深部地质构造特征与地震发生机理.     

由诸城-宜川人工地震剖面反演结果看太行山两侧岩石圈结构的差异

利用诸城-宜川人工地震折射/宽角反射剖面的资料,得到了华北克拉通南部岩石圈二维速度结构.结果表明,太行山东西两侧岩石圈结构存在着巨大的差异.东侧较薄,为70～80km;西侧较厚,为85～120km.在太行山重力梯度带附近,岩石圈厚度出现了约30km的突变.岩石圈地幔和下地壳介质的P波速度值东侧较低,西侧较高.东侧的中下地壳内存在不同尺度的低速体,西侧则尚未发现.这些差异表明,太行山重力梯度带也是一条岩石圈厚度突变带和岩石成分分隔带.根据Pm波的波形特点,推测东部地区的莫霍面不再是一个尖锐的间断面,而是一个复杂的过渡带.初步分析认为,上地幔物质的热机械-化学侵蚀作用是引起太行山东侧岩石圈减薄和破坏的主要机制,太平洋板块俯冲是改变华北克拉通岩石圈地幔性质的重要动力学因素.     

华北地区瑞雷面波相速度层析成像

利用华北科学探测台阵190个宽频带台站和8个甚宽带台站2006年10月至2009年5月记录的远震垂直向资料,用小波变换频时分析方法测定了1587条独立路径的基阶瑞雷波相速度频散曲线,并使用Ditmar＆Yanovskaya方法反演得到111°～120°E,37°～42°N区域内、周期10～60 s的高分辨率相速度分布图...     

Rayleigh wave phase velocities of South China block and its adjacent areas

Using records of continuous seismic waveforms from 609 broadband seismic stations in the South China Block and its adjacent areas in 2010–2012, empirical Green's functions of surface waves were obtained from cross-correlation functions of ambient noise data between these stations. High quality phase velocity dispersion curves of Rayleigh waves were obtained using time-frequency analysis. These interstation dispersion curves were then inverted to build Rayleigh wave phase velocity maps at periods of 6–50 s. The results of phase velocity maps indicate that phase velocities at 6–10 s periods are correlated with the geological features in the upper crust. Major basins and small-scale grabens and basins display slow velocity anomalies; while most of the orogenic belts and the fold belts display high velocity anomalies. With the gravity gradient zone along Taihang Mountain to Wuling Mountain as the boundary for the phase velocity maps at period of 20–30 s, the western area mainly displays low velocity anomalies, while the eastern side shows high velocity anomalies. Phase velocities in the eastern South China Block south to the Qinling-Dabie orogenic belt is higher than that in the eastern North China Block to the north, which is possibly due to the differences of tectonic mechanisms between the North China Craton and the South China Block. The phase velocities at periods of40–50 s are possibly related to the lateral variations of the velocity structure in the lower crust and upper mantle: The low-velocity anomalies in the eastern part of the Tibetan Plateau are caused by the thick crust; while the Sichuan Basin and the southern part of the Ordos Basin display distinct high-velocity anomalies, reflecting the stable features of the lithosphere in these blocks. The lateral variation pattern of phase velocities in the southern part of the South China Block is not consistent with the surface trace of the block boundary in the eastern Yunnan Province and its vicinities. The phase velocities in the Sichuan Basin are overall slow at short periods and gradually increase with period from the central part to the edge of the basin, indicating the features of shallower basement in the center and overall stable lithospheric mantle of the basin. The middle and upper crust of the southern Ordos Basin in the North China Block is heterogeneous, while in lower crust and the uppermost mantle the phase velocities mainly exhibit high anomalies. High-velocity anomalies are widespread at the middle of the Qinling-Dabie orogenic belt, as well as the areas in southeastern Guangxi with Caledonian granite explosion, but its detailed mechanism is still unclear.     

基于背景噪声和地震面波联合反演华北克拉通中部岩石圈结构

基于ChinArray三期项目布设于华北克拉通中部的流动台阵观测数据,利用背景噪声互相关和地震面波层析成像获取了研究区内6—140 s周期的瑞雷面波频散,使用蒙特卡罗非线性反演方法获得了华北克拉通中部岩石圈的高分辨率三维S波速度结构。结果显示华北克拉通不同地块的岩石圈速度结构存在显著的横向差异：其中鄂尔多斯盆地腹地整体表现为高速特征,延伸至200 km以下,但其东南缘存在小范围的低速异常;东部的华北盆地整体表现为低速特征,具有较薄的地壳和岩石圈厚度;中部造山带南北两端以及南北重力梯度线下方存在相连接的低速区域,在深处延伸至华北盆地下方;在下地壳和上地幔顶部,大同火山群区域的低速体逐渐向西偏移至鄂尔多斯盆地东北角下方;而在上地幔中,该区域的低速异常随深度增加而逐渐减弱,低速体延伸至东南方向的华北盆地下方。基于本研究获得的S波速度模型,我们认为：鄂尔多斯盆地腹地保持了克拉通特性,但其东南缘存在局部的岩石圈改造作用;华北盆地发生了强烈的岩石圈破坏减薄和地壳伸展变形;中部造山带南北端以及南北重力梯度线下方的岩石圈发生了局部的改造减薄,其机制可能都来源于华北盆地下方地幔热物质的上涌;大同火山群下...     

华北中部重力场的动态变化及其强震危险含义

基于绝对和相对重力观测获得的区域重力场时、空动态变化,结合区域GPS测量资料与活动构造分析,本文研究了华北中部地区2009-2011年的重力场变化特征,讨论了该区域重力场动态变化的强震危险含义.结果主要表明:(1)华北中部的活动地块边界及部分重要活动断裂带两侧存在较大差异的重力场空间变化;其中,以山西断陷带北东段所在的晋冀蒙交界地区为中心,形成较大面积的重力负值变化区,且沿该区西北缘的NE向岱海-黄旗海断裂带以及东南缘的NNE向太行山山前断裂带附近分别形成重力变化的高梯度带,可能反映这些部位近年的构造或断裂活动显著.(2)不同时段的重力场差分动态演化图像可能反映了近年山西断陷带北东段(京西北盆-岭构造区)及其附近的重力场整体经历了"准均匀→非均匀→断陷带北段侧向显著变化→局部"硬化"的演化过程.(3)研究区重力场的时间累积变化图像可用"区域应力场增强→区域断裂与断块差异运动及变形增强→局部运动受阻"的过程进行解释.(4)研究区的一些重力异常部位存在中-长期强震危险背景.     

青藏高原东北缘噪声层析成像研究

利用青海、甘肃和宁夏3个区域地震台网两年的波形数据,通过地动噪声层析成像方法给出了青藏高原东北缘8—40 s的瑞雷面波二维群速度结构和三维地壳上地幔顶部的剪切波速度结构。研究结果显示,相比传统的面波层析成像方法,噪声层析成像给出的短周期面波信息能够较好地约束地壳和上地幔顶部结构。8 s和10 s周期的群速度图像与沉积层和基底结晶深度有关,具体而言:祁连山和西秦岭造山带表现为高速体特征,柴达木盆地、河西走廊和鄂尔多斯西缘表现为低速特征;周期为15 s和20 s的瑞雷面波群速度图像反映的是中地壳结构,15 s周期群速度图像上造山带下方高速体向北和向东方向扩展,20 s周期群速度图像呈现大范围低速体,推测为中下地壳低速层影响所致;30 s和40 s周期的群速度图像反映的是莫霍面深度附近的速度结构,具体表现为青藏高原大范围的低速体,向北和向东逐渐表现为高速体,说明青藏高原的莫霍面深度较深,且向北和向东逐渐减薄。另外,三维剪切波速度结构显示祁连地块和甘孜地块中地壳存在大范围低速层,且由柴达木盆地东侧深部的低速层连接,该低速层可能是青藏高原物质北移的一个通道。      

华北地区的地震层面成象

本文根据华北地区（东经110.5°-123.0°,北纬30.5°-41.5°）1981-1984年间7520条P波到时资料,利用正交投影法重建了该区的地壳和上地幔的三维速度结构,应用数字图象处理技术获得了不同深度（横切片）的速度图象。层面成象的结果表明:1.华北地区的地震波速度存在明显的横向不均匀性。2.华北地区的大地震几乎都发生在高速、低速区的过渡带上。3.深度为14km的层面速度图象与熟知的地质构造非常相似;深度为75km的层面速度图象存在三个明显的低速区,它们分别位于郯庐断裂带、太行山前断裂带和山西断陷带,这一结果有利于关于上述地区为大陆裂谷带的认识。 本文在获得三维速度图象的同时,还重新确定了该区的129个地震的震源位置。     

华北地区重力场变化特征与孕震模型研究

本文采用基于贝叶斯原理的重力平差方法对华北地区2009—2017年的16期陆地流动重力观测资料进行了统一处理,结合研究区内2009年以来4次M≥4.5 地震活动,分析区域重力场动态演化特征。基于华北地区均衡重力异常、布格重力异常、沉积层重力异常和莫霍面重力异常,研究华北地区三维密度结构特征,分析区域重力场变化与深部密度结构之间的关系。结果表明:研究区内近年来M≥4.5地震均位于区域差分重力场和累积重力场“零值”等值线附近、异常变化剧烈的梯度带及梯度带转弯部位,以及深部结构中理论均衡厚度与实际地壳厚度存在差异的非均衡区和三维密度结构的高低密度过渡带内。