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.     

贝加尔裂谷区地壳上地幔复杂的各向异性及其动力学意义

位于西伯利亚板块东南缘的贝加尔裂谷是最典型的大陆裂谷之一,其形成的动力机制与演化过程一直是地学界争论的焦点.本研究使用一种改进的横波分裂测量方法——全局最小切向能量法,对研究区宽频带固定台站ULN和TLY记录的SKS震相和接收函数PmS震相进行分裂测量,得到了裂谷地区地壳和上地幔的各向异性属性.ULN台的SKS分裂测量结果表明,台站下方存在双层各向异性结构,其中,上层的快波偏振方向为N74°E,快、慢波分裂时差为0.80 s,下层的快波偏振方向为N128°E,快、慢波分裂时差为0.80 s;PmS震相分裂测量结果表明,台站下方地壳内存在单层各向异性结构,其快波偏振方向为N77°E,与SKS分裂测量的上层各向异性的快波偏振方向相近,快、慢波分裂时差为0.26 s,这说明SKS分裂测量的上层各向异性同时包含了地壳和地幔岩石圈.对TLY台进行SKS分裂测量时发现,台站下方上地幔结构表现出横向非均匀性:当反方位角<90°时,快波偏振方向在N60°E左右,快、慢波分裂时差为1.27 s;当反方位角>90°时,快波偏振方向约为N120°E,快、慢波分裂时差为1.40 s;PmS震相分裂测量没有获得有效的结果,并且不同方位的PmS震相到时基本一致,说明TLY台下方地壳结构接近各向同性.根据分裂测量结果,结合贝加尔裂谷区的构造演化过程,得到以下结论:(1)ULN台双层各向异性的上层主要是岩石圈原始结构的反映,并且存在地壳与地幔岩石圈的一致性形变,而下层指示着现今软流圈地幔的流动;(2)由于刚性的西伯利亚克拉通的阻挡,地幔流动方向在克拉通南缘发生了偏转,在深部绕克拉通边缘流动,因此形成了TLY台下方上地幔结构的横向变化.     

中国陆区S波分裂与上地幔地震各向异性

本文利用中国大陆区共8个台站所观测到地震事件的S波数据，采用相关分析的手段以及对观测数据重建的技术，进行了S波分裂参数—快慢波延迟时间与快波偏振方向的计算，并分析了S波分裂参数与中国陆区上地幔物质运动的相互关系．研究结果表明：兰州台下的S波分裂时差最小，北京台下的最大．中国东部地区上地幔运动方向以西北向为主，西部地区以北偏西为优势．     

中国陆区S波分型与上地幔地震各向异性

本文利用中国大陆区共8个台站所观测到地震事件的S波数据，采用相关分析的手段以 观测数据重建的技术，进行了S波分裂参数－快慢波延迟时间与快波偏振方向的计算，并分析了S波分裂参数与中国陆区上地幔物质运动的相互关系，研究了结果表明，兰州台下的S波分裂时差最小，北京台下的最大，中国东部地区上地幔运动方向以西北向为主，西部地区以北偏西为优势。     

青藏高原南部下的横波各向异性

利用中法合作布设在青藏高原南部近20个三分量数字地震仪记录到的远震SKS数据，计算并研究了台站下方各向异性的特征，讨论了各向异性层的深度、厚度、起因以及青藏高原岩石圈变形模式．各向异性研究表明:雅江南北各向异性存在较大的差异．雅江以北快速波偏振方向平均在N70E左右，且自北向南逐渐增大，在雅江附近近于东西方向；而雅江以南快速波偏振方向平均在N25W左右．雅江以北各向异性强度(快、慢波到时差)普遍很强，在那曲附近可达1 s，且存在局部变化；而雅江以南各向异性强度普遍较弱，一般在0.2 s，且相对稳定．对各向异性特征的分析认为:雅江以北的各向异性是青藏高原上地幔物质内部变形引起的，快波偏振方向代表物质流动变形的方向；而雅江以南的各向异性是印度板块俯冲形成的强变形带引起的，快波方向代表与俯冲有关的变形方向．研究还认为:青藏高原的地壳缩短是岩石圈内部整体沿北东方向流动变形和沿大型走滑断裂旋转运动共同作用的结果．      

青藏高原及邻区的Rayleigh面波的方位各向异性

用Rayleigh波层析成像研究青藏高原地壳上地幔方位各向异性．收集了包括近年来在云南和川西藏东地区布设的流动台网在内的青藏高原及周边地区宽频带地震台站的记录,使得大部分地区有理想的射线覆盖,因此反演结果获得较高的分辨．模型分辨率的测试表明,大于400km范围内的各向异性特征以及大于2％的各向异性强度是可靠的．青藏高原内部的方位各向异性具有与大地构造相似的分区特征．高原东部大部分地区地壳各向异性强度大于2％,且表现为环绕喜马拉雅东构造结的顺时针旋转．在垂直方向上,高原内部的上地壳、下地壳和岩石圈地幔的各向异性方向基本一致,也与GPS所观测到的速度场和SKS快波方向基本一致,揭示高原下方的岩石圈变形是垂直连贯变形．在高原外部的云南地区,地壳和上地幔岩石圈方位各向异性的强度均小于2％,因此SKS波从核幔边界至台站间产生的分裂应主要归因于软流圈．     

中国东部上地幔各向异性研究

对布设在中国东部的固定和流动宽频带地震台网共65个台站记录作远震SKS波形资料偏振分析,采用SC方法和叠加分析求得每一个台站的SKS快波偏振方向和快、慢波的时间延迟,获得了中国东部上地幔各向异性图像。中国东部的各向异性快波方向从华南的近EW方向到华北的NWW-SEE方向,再到东北的NW-SE方向,由南向北呈顺时针旋转的趋势。快、慢波时间延迟范围是0.41-1.52s。通过分析研究区各向异性特征,认为中国东部上地幔各向异性可能与中国大陆受印度板块与欧亚板块的碰撞以及太平洋板块和菲律宾海板块向欧亚板块下方的俯冲的共同作用有关。在中国西部地壳增厚隆起的同时,物质向东挤出,使得东部上地幔物质向东和东南方向流动。中国东部大陆岩石圈和岩石圈下的上地幔物质在板块的相互作用下产生变形,使上地幔橄榄岩等晶体的晶格优势取向沿物质流动方向。各向异性快波方向与岩石圈的伸展方向和GPS得到的速度场方向一致,表明中国东部壳幔变形具有垂直连贯变形特征。     

阿尔金断裂西部邻区的上地幔各向异性研究

本文利用横波分裂方法对北京大学于田流动台阵记录的SKS震相进行分析,获到了阿尔金断裂西部及邻区的上地幔各向异性参数.分析结果显示,快波偏振方向在整个研究区基本呈近E-W向,与研究区内阿尔金断裂的走向几乎一致,分裂延迟时间在0.93~1.20s之间.综合研究区附近前人横波分裂研究结果,我们认为,在印度和欧亚大陆板块碰撞作用下,青藏高原北部上地幔软流圈物质向北流动,遇到塔里木盆地"克拉通"较厚岩石圈阻挡并发生了旋转,向东西两侧流动,导致在青藏高原和塔里木盆地边界地带软流圈上地幔橄榄岩中晶格沿近E-W向优势排列.这一模式显示阿尔金断裂可能是一个岩石圈尺度的大型走滑断裂:它既控制近地表的上地壳构造运动,同时也影响了上地幔软流圈物质的流动.另外,在向塔里木盆地内部延伸的台站也观测到显著的各向异性和近EW向的快波偏振方向.这些结果表明塔里木盆地"克拉通"岩石圈的中、下部分在南部边界被青藏高原北部上地幔软流圈流动"热侵蚀"而损失一部分,导致青藏高原软流圈向东西两侧的流动已经延伸到塔里木盆地内部.本文的研究结果揭示克拉通岩石圈"活化"不仅可以在垂直方向发生(如,岩石圈拆沉或软流圈上涌导致的热侵蚀),也可以在水平方向上发生,即软流圈的水平流动对克拉通岩石圈边界的热侵蚀作用.     

南极长城站地壳和上地幔各向异性分析

利用我国第24次和第25次南极科学考察队于2008年2月—2010年3月南极长城站记录到的地震事件数据进行剪切波分裂研究. 选取近震事件对Sg波进行剪切波分裂计算,结果表明快波偏振方向有两个,分别为北东向和近南北向; 慢波延迟时间的范围为1.45—5.17 ms/km,平均值为3.54 ms/km.同时选取长城站记录到的远震数据SKS波震相进行剪切波分裂计算,得出上地幔快波偏振方向优势取向为北东向, 慢波延迟时间平均值为1.60 s. 剪切波分裂结果显示长城站地区地壳和上地幔具有明显的各向异性, 并显示长城站地区地壳与上地幔快波偏振方向几乎平行,表明壳幔变形的一致关系.另外,地壳和上地幔各向异性的快波偏振方向不仅与长城站附近的海沟方向平行,同时也与绝对板块的运动方向平行.该结果进一步说明了绝对板块的运动是构成上地幔各向异性的主要原因.      

中国大陆上地幔各向异性和壳幔变形模式

近10年来,中国布设的宽频带地震台站大幅度增加.宽频带地震记录中含有大量的剪切波分裂信息,它在揭示中国大陆上地幔的各向异性特征起重要作用.本文对这些台站的远震SKS和(或)SKKS记录,采用最小切向能量的分析方法,确定各台站剪切波分裂的快波偏振方向和延迟时间.此外,还收集了前人在中国大陆及其周边地区的剪切波分裂研究的部分结果,形成拥有1020个剪切波分裂参数对的数据集.这些分裂参数展示了复杂的上地幔各向异性图像.统计分析表明,中国大陆存在较强的上地幔各向异性,平均的剪切波时间延迟为0.95 s,其中西部地区为1.01 s,东部地区为0.92 s.西部地区的各向异性强度略大于东部地区.在大尺度意义下,青藏高原及天山地区,其SKS波分裂和地表变形数据共同支持岩石圈变形模式,即地壳与岩石圈地幔是连贯变形的;东部地区的平均快波偏振方向近似平行于绝对板块运动方向,上地幔各向异性归因于软流圈流动.中部的鄂尔多斯至四川盆地一带为东、西部两种变形模式的过渡带,各向异性结构较为复杂,表现为"化石"各向异性和(或)双层各向异性.印度板块和欧亚板块的碰撞是中国大陆西部上地幔各向异性的主要影响因素,东部地区则与太平洋板块和菲律宾板块向欧亚板块俯冲有关.     

青藏高原中部地壳和上地幔各向异性分析

对布设于青藏高原中部INDEPTH-III宽频带数字地震台阵的41个台站记录的远震体波资料所提取出的P波接收函数和SKS波形资料做偏振分析,并采用以误差为权的叠加分析方法求得每一个台站的Pms和SKS快波偏振方向和快慢波的时间延迟,获得了从拉萨块体中部,经喀喇昆仑-嘉黎断裂系和班公湖-怒江缝合带,到羌塘块体中部的地壳和...     

Seismic anisotropy beneath Southern Tibet

ＳｅｉｓｍｉｃａｎｉｓｏｔｒｏｐｙｂｅｎｅａｔｈＳｏｕｔｈｅｒｎＴｉｂｅｔＱＩＮＧ－ＴＩＡＮＬＵＩ（吕庆田），ＫＡＩ－ＹＩＭＡ（马开义），ＭＥＩＪＩＡＮＧ＇（姜枚），Ａ．ＨｉｒｎａｎｄＡ．Ｎｅｒｃｅｓｓｉａｎ（ＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＭｉｎｅｒａｌＤｅ...     

Seismic anisotropy of upper mantle in eastern Tibetan Plateau and related crust-mantle coupling pattern

By using the polarization analysis of teleseismic SKS waveform data recorded at 116 seismic stations which respectively involved in China National Digital Seismograph Network, and Yunnan, Sichuan, Gansu and Qinghai regional digital networks, and portable broadband seismic networks deployed in Sichuan, Yunnan and Tibet, we obtained the SKS fast-wave direction and the delay time between fast and slow waves of each station by use of the stacking analysis method, and finally acquired the fine image of upper mantle anisotropy in the eastern Tibetan Plateau and its adjacent regions. We analyzed the crust-mantle coupling deformation on the basis of combining the GPS observation results and the upper mantle anisotropy distribution in the study area. The Yunnan region out of the plateau has dif-ferent features of crust-mantle deformation from the inside plateau. There exists a lateral transitional zone of crust-mantle coupling in the eastern edge of the Tibetan Plateau, which is located in the region between 26° and 27°N in the west of Sichuan and Yunnan. To the south of transitional zone, the fast-wave direction is gradually turned from S60°―70°E in southwestern Yunnan to near EW in south-eastern Yunnan. To the north of transitional zone in northwestern Yunnan and the south of western Sichuan, the fast-wave direction is nearly NS. From crust to upper mantle, the geophysical parameters (e.g. the crustal thickness, the Bouguer gravity anomaly, and tectonic stress direction) show the feature of lateral variation in the transitional zone, although the fault trend on the ground surface is inconsis-tent with the fast-wave direction. This transitional zone is close by the eastern Himalayan syntaxis, and it may play an important role in the plate boundary dynamics.     

Azimuthal anisotropy of Rayleigh waves beneath the Tibetan Plateau and adjacent areas

The crustal and upper mantle azimuthal anisotropy of the Tibetan Plateau and adjacent areas was studied by Rayleigh wave tomography. We collected sufficient broadband digital seismograms trav-ersing the Tibetan Plateau and adjacent areas from available stations, including especially some data from the temporary stations newly deployed in Yunnan, eastern Tibet, and western Sichuan. They made an adequate path coverage in most regions to achieve a reasonable resolution for the inversion. The model resolution tests show that the anisotropic features of scope greater than 400 km and strength greater than 2% are reliable. The azimuthal anisotropy pattern inside the Tibetan Plateau was similar to the characteristic of tectonic partition. The crustal anisotropy strength is greater than 2% in most re-gions of East Tibet, and the anisotropy shows clockwise rotation surrounding the eastern Himalayan syntaxis. Vertically, the anisotropy direction indicates a coherent pattern within the upper crust, lower crust, and lithosphere mantle of the Tibetan Plateau, which also is consistent with GPS velocity field and SKS fast polarization directions. The result supports that the crust-mantle deformation beneath the Tibetan Plateau is vertically coherent. The anisotropy strength of crust and lithospheric upper mantle in Yunnan outside the Tibetan Plateau is lower than 2%, so SKS splitting from core-mantle boundary to station should largely be attributed to the anisotropy of asthenosphere.     

Upper mantle anisotropy and crust-mantle deformation pattern beneath the Chinese mainland

Over the past 10 years,the number of broadband seismic stations in China has increased significantly.The broadband seismic records contain information about shear-wave splitting which plays an important role in revealing the upper mantle anisotropy in the Chinese mainland.Based on teleseismic SKS and SKKS phases recorded in the seismic stations,we used the analytical method of minimum transverse energy to determine the fast wave polarization direction and delay time of shear-wave splitting.We also collected results of shear-wave splitting in China and the surrounding regions from previously published papers.From the combined dataset we formed a shear-wave splitting dataset containing 1020 parameter pairs.These splitting parameters reveal the complexity of the upper mantle anisotropy image.Our statistical analysis indicates stronger upper mantle anisotropy in the Chinese mainland,with an average shear-wave time delay of 0.95 s;the anisotropy in the western region is slightly larger(1.01 s)than in the eastern region(0.92 s).On a larger scale,the SKS splitting and surface deformation data in the Tibetan Plateau and the Tianshan region jointly support the lithospheric deformation mode,i.e.the crust-lithospheric mantle coherent deformation.In eastern China,the average fast-wave direction is approximately parallel to the direction of the absolute plate motion;thus,the upper mantle anisotropy can be attributed to the asthenospheric flow.The area from the Ordos block to the Sichuan Basin in central China is the transition zone of deformation modes between the east and the west regions,where the anisotropy images are more complicated,exhibiting"fossil"anisotropy and/or two-layer anisotropy.The collision between the Indian Plate and the Eurasian Plate is the main factor of upper mantle anisotropy in the western region of the Chinese mainland,while the upper mantle anisotropy in the eastern region is related to the subduction of the Pacific Plate and the Philippine Sea Plate beneath the Eurasian Plate.     

秦岭及周边地区瑞雷波方位各向异性

除了使用前人提取的面波频散曲线外, 还从秦岭及周边地区布设的59个宽频流动地震台的数据和中国地震局及各省局台网的数据中筛选出的地震事件波形和台站间噪声互相关格林函数中提取瑞雷波群速度频散曲线. 利用二维面波层析成像反演获得了瑞雷波周期为10—50 s的各向同性群速度及方位各向异性分布. 结果显示: 周期为10 s的各向同性群速度和方位各向异性分布与各构造单元存在明显的对应关系; 周期为10—50 s的面波在四川盆地和鄂尔多斯盆地内的快波方向多为近NS向. 与前人研究结果不同的是, 本文得到的秦岭、 大巴山构造带周期为10—50 s的面波快波方向均与山脉走向近似平行, 且与SKS波分析得到的快波方向一致. 这表明秦岭和大巴山之下整个岩石圈的快波方向都与山脉走向平行, 预示着秦岭和大巴山整个地壳, 甚至岩石圈发生了类似的变形. 由于四川盆地和鄂尔多斯盆地面波快波方向与SKS波结果差别较大, 推测青藏高原隆升扩展对这两个盆地的地壳基本无影响, 但对其岩石圈上地幔却产生了重大影响.      

青藏高原东南缘基于程函方程的面波方位各向异性研究

青藏高原东南缘作为高原物质侧向挤出的前沿地带,是研究岩石圈变形机制、高原物质侧向逃逸和深部动力学等科学问题的关键地区之一.本文利用研究区内540个宽频带流动地震台站记录的远震面波资料,基于程函方程面波层析成像方法获得了青藏高原东南缘周期14~80 s瑞利面波相速度和方位各向异性分布图像.结果显示：14~20 s周期内,面波方位各向异性分布与断裂带的走向和最大主压应力的方向密切相关,可能受到了断裂带和区域构造应力场的共同作用.川滇菱形块体的北部次级块体及丽江—小金河断裂带附近随着面波周期的增加,各向异性快波方向从NS向逐步转变为NE-SW方向,并与断裂带大致平行,而其以南的攀枝花附近表现为高相速度和弱各向异性的特征.我们推测,在川滇菱形块体北部存在明显的下地壳流,流动方向与块体向南的挤出方向基本一致,该地壳流受到攀枝花附近的高速、高强度坚硬块体阻挡,其前缘向西南方向流动.川滇菱形块体中部地区由于坚硬块体的存在,下地壳没有明显的通道流.在红河断裂以西地区,30~60 s周期范围的面波各向异性快波方向和红河断裂大致平行,推测可能与渐新世至中新世早期印支地块向南东方向的挤出密切相关.研究区东北部,四川盆地南缘地壳各向异性以NE-SW和NEE-SWW向为主与SKS快波方向明显不同,推测主要与该地区地壳的早期构造变形有关同时也说明SKS各向异性主要来自上地幔介质;在研究区南部104°E以西的中长周期面波各向异性方向与SKS分裂研究获得的近EW快波方向基本一致,但在104°E以东地区面波各向异性较弱且快波方向与SKS的观测结果存在明显差异,我们推测东部SKS各向异性来源深度至少在150 km以下.     

青藏高原东北缘岩石圈厚度与上地幔各向异性

利用青海地震台网和甘肃地震台网2007-2009年记录的远震波形资料,提取S波接收函数和SKS分裂参数,得到了青藏高原东北缘的三维岩石圈厚度分布和上地幔各向异性特征.S波接收函数结果表明:昆仑-阿尼玛卿缝合带以南的松潘-甘孜地块东北缘和西秦岭造山带下方岩石圈较薄,厚度为125~135 km;昆仑-阿尼玛卿缝合带以北具有较厚的岩石圈,在昆仑和祁连地块下方岩石圈厚达145~175 km,并向柴达木盆地(175~190 km)和克拉通(鄂尔多斯南部约为170 km、阿拉善南缘约为200 km)下方增厚.上地幔各向异性结果显示:东北缘地区的SKS快波偏振方向为NW-SE向,与前人得到的昆仑断裂带南侧的快波方向存在较大差异,南侧自高原内部呈顺时针旋转,表明昆仑断裂带可能为上地幔变形的转换带.SKS快、慢波延迟时间为0.8~1.9 s,且在昆仑-阿尼玛卿缝合带以北,延迟时间与岩石圈厚度呈正相关关系,推断该区各向异性主要来源于地幔盖层的初期伸展变形.     

中天山及邻区S波分裂研究及其动力学意义

本文利用天山及其邻区布设的37个宽频带地震台站记录到的远震波形数据,分别采用最小能量法和旋转相关法对SKS和SKKS波震相进行了偏振分析,计算出了台站下方介质的S波分裂参数：快波的偏振方向（φ）和慢波延迟时间（δt）.本文研究结果表明：中天山内部大多数台站的各向异性快波方向呈NEE-SWW向,与天山走向平行,慢波时间延迟为0.4～1.7 s,这是塔里木、哈萨克斯坦的南北双向俯冲及其导致的天山地区岩石圈地幔南北向缩短变形的直接反映.本文研究发现中天山北部部分台站下方地震各向异性快波方向与慢波延时随方位角呈现规律性的变化,可能暗示该区上地幔各向异性不能仅用单层水平各向异性这一简单模式来解释.75°E以西的天山地区台站下方S波快波方向和延时具有强烈的横向变化,可能与研究区下方存在的小规模对流有关.中天山不同地段地震台站下方各向异性明显不同,进一步证实了天山地区构造变形的复杂性.