青藏高原及其部分邻区地震各向异性和土地幔特征

通过研究在青藏高原及其部分邻区由三分量宽频地震资料获得的剪切波各向异性的特征，得出了上地幔构造的若干认识，在本区200km以上的上地幔范围内各向异性的方向性变化主要是上地幔物质运移方向的影响，各地体的岩石圈与地壳在相当长时间内是连贯的运移，各向异性的主要方向决定于上地幔承受的主应力剪切作用方向常常与地表的山系和构造方向不一致，最强的各向异性特征出现在高速体地体边缘，与深部热的地幔物质有关，在各地体边缘的走滑断裂附近各向异性与断裂带走向一致。     

南北构造带北段S波分裂研究及其动力学意义

南北构造带北段位于青藏高原东北缘及其向北东方向扩展的区域,其岩石圈变形特征对于探讨青藏高原东北缘变形机制及其扩展范围具有非常关键的意义。地震波各向异性能很好地反映上地幔的变形特征。因此,本文对布设在南北构造带北段的流动地震台站记录的远震波形资料进行S波分裂研究,获得了研究区上地幔各向异性图像以及该区岩石圈地幔的变形特征信息。S波分裂研究结果表明,研究区地震波各向异性来自于上地幔,区内不同构造单元上地幔各向异性方向不尽相同。快波方向分布显示,青藏高原东北缘,鄂尔多斯西缘以及贺兰构造带北段的快波方向主要表现为NW-SE向,与前人在银川地堑和贺兰构造带中、北部得到的NW-SE向的上地幔各向异性方向一致,显示这些地区岩石圈地幔变形一致,该结果表明青藏高原东北缘向北东方向扩展的影响范围已到达贺兰构造带北段。阿拉善地块内部快波方向显示为NE-SW向,与阿拉善地块北部存在的北东向展布的晚古生代岩浆岩方向一致,表明该NE-SW向的快波方向可能代表地是“化石”各向异性,是晚古生代阿拉善地块受到古亚洲洋闭合作用的结果。此外,鄂尔多斯地块内也存在NE-SW向的各向异性方向,与区内中-晚侏罗世存在的NE-SW向逆冲推覆构造方向一致,因此该各向异性方向也代表了“化石”各向异性,是鄂尔多斯地块受到古特提斯构造域的块体碰撞、古太平洋板块北西向俯冲以及西伯利亚板块向南俯冲共同作用的结果。     

川滇构造带及其邻区的地壳结构与地震分布

综合前人资料分析了川—滇构造带及其邻区地壳－上地幔速度结构与地震分布的关系。结果表明,川—滇构造带具有同青藏高原地壳－上地幔结构相似的某些特征;地震活动主要沿安宁河断裂带和小江断裂带分布。震源以永仁、渡口和会理三地所在区域最浅,向四周渐深     

东昆仑深部结构地震探测研究现状与展望

东昆仑位于青藏高原北部, 是研究青藏高原向北生长的重要地区。该区在印度板块向北俯冲与亚洲阿拉善地块向南挤压下, 新生代构造和地震活动强烈, 是研究青藏高原隆升、构造变形、强震发生机理等问题的极佳试验场。近几十年来, 在东昆仑及邻区开展了大量的地球物理探测, 取得了很多进展, 也存在一些问题。本文通过收集近年来在该研究区开展的人工地震和天然地震探测成果, 综合分析了研究区的壳幔速度结构, 莫霍面形态及各向异性特征, 总结得出以下几点认识: 柴达木盆地南缘上地幔内的北倾界面可能代表早古生代昆仑洋向北俯冲的遗迹; 东昆仑缺乏“山根”, 重力均衡调整对东昆仑莫霍面加深没有起主导作用, 印度板块向北俯冲, 通过青藏高原对柴达木盆地的挤压造成东昆仑地壳垂向增厚。最后我们探讨了东昆仑地区壳幔结构研究的不足, 并对下一步的研究思路和方向进行了展望。     

华南大陆东部壳幔结构的宽频带地震学探测

华南大陆是新元古代以来全球地质演化历史最复杂的地区之一, 也是欧亚板块东南缘地壳生长和大陆增生最活跃, 大规模构造变形、岩浆活动和多金属矿产资源最丰富的地区。揭示该区浅表构造与岩浆活动和成矿作用机制离不开对深部壳幔结构的研究。宽频带地震学是开展深部壳幔结构探测的重要手段, 基于宽频带地震学数据可以刻画地壳-岩石圈-上地幔-地幔过渡带不同深度和尺度的深部结构, 为深入理解研究区的深部构造、动力学过程、岩浆活动与成矿作用提供有效约束。本文较全面地总结了近二十年来在华南大陆东部地区开展的宽频带流动地震探测工作, 并对研究区的地壳厚度、Vp/Vs比值、岩石圈底界(LAB)深度、上地幔速度结构与各向异性等进行了分析与讨论。本文旨在为相关研究人员和团队提供未来在该区新布设地震探测台站时的参考, 也可为后续深入研究该区的深部结构与成矿过程提供一些深部要素约束。     

华北东部上地幔破裂带

利用天然地震的走时和S波震相的层析成像方法可以提供上地幔S波速度扰动精细图像。我们对华北东部(32°～44°N,114°～126°E)进行了高分辨率S波地震层析成像研究,揭示了苏鲁及环渤海地区上地幔速度结构的差异,为研究该区域深部构造演化提供新的地球物理证据和制约。本次成像取得的最醒目的成果是揭示了由波速剧烈变化指示的两条上地幔破碎带,它们分别出现在渤海湾裂谷区与苏鲁超高压变质带下方。苏鲁超高压变质带下方上地幔破碎带包含多个有序排列的高速团块,推测与扬子走滑并向前俯冲、以及前锋超高压变质块体拆沉及折返作用有关。地幔地震S波速的成像结果支持华北东部渤海湾地区发育地幔热羽柱体系的观点,并对地幔热羽柱的鉴识提供了新的标识。     

华北克拉通上地幔变形及其动力学意义

华北克拉通从稳定到破坏的演化过程对有关地球动力学的经典理论提出了挑战,研究其独特的演化历史是固体地球科学研究的一项重要内容。上地幔矿物晶体的各向异性记录了上地幔发生构造变形的信息,研究上地幔地震波各向异性能够揭示现今和构造历史时期所发生的构造运动。本文总结了近年来作者在华北克拉通地区所进行的高密度、覆盖广泛的地震波横波分裂观测研究结果。横波分裂的快轴方向与绝对板块运动方向的不一致,以及横波分裂参数快速的空间变化特征表明了华北克拉通的SKS横波分裂主要反映上地幔的变形。观测结果表明：鄂尔多斯块体保留了克拉通较弱的各向异性特征,其西端体现了元古代克拉通拼合的变形特征; 中新生代华北克拉通破坏事件以不同的机制主导了华北克拉通中部和东部的上地幔变形,在东部地区北西-南东向的拉张应力作用使得快轴方向平行于拉张方向,而在中部则因受到较厚岩石圈的阻挡使得地幔流动改变了方向,因此造成了北东和北北东向的岩石圈拉张。     

胶东金矿集中区岩石圈结构与深部成矿作用

利用胶东及其邻区1∶2 0万重力异常和1∶10万航磁异常探测资料, 结合地震各向异性研究成果, 解析其三维岩石圈结构.在此基础上, 综合深部结构和矿床地质特征, 探讨深部作用与成矿动力学, 深化矿床成因认识, 为科学找矿提供决策依据.研究表明, 壳幔结构的不均一性制约着成矿系统物质和能量的交换, 反映在其结构、构造和演化等多个方面.矿集区为地幔隆起带的坳陷区, 幔坳与幔隆接触部位成矿强度大, 幔隆区的局部隆起部位成矿强度小; 金矿床主要分布于花岗岩变薄部位与变质岩的接触带上; 印支中晚期郯庐断裂带深切上地幔, 通过壳-幔相互作用, 将含矿流体系统输运到更高的层位, 发生蚀变、矿化作用.艾山岩体所处构造部位的特殊性, 反映了它可能是壳幔岩浆对流侵位中心.      

上地幔的岩石组构和各向异性

着重介绍了上地幔各向异性及其成因,研究内容和方法,各向异性研究的地球动力学意义,并强调指出橄榄石和辉石在塑性固态流动过程中产生的晶格优选方位或组构是导致上地幔各向异性最主要原因。     

大陆地区构造活动、地热及地壳-上地幔结构之间关系的探讨

随着板块构造学说的兴起和发展,对大洋地区构造活动、地热及地壳-上地幔结构之间的关系已有了较为明确的认识。在大陆地区,由于其构造发展历史的复杂性,对这种关系的认识还远没有大洋区那样系统和清晰。但近二十年来,大陆地区各种地球物理资料的大量积累已为进行这种研究提供了较为坚实的基础。     

Upper mantle anisotropy beneath northeast India–Asia collision zone from shear-wave splitting analysis

Teleseismic earthquake data recorded by 11 broadband digital seismic stations deployed in the India–Asia collision zone in the eastern extremity of the Himalayan orogen (Tidding Suture) are analyzed to investigate the seismic anisotropy in the upper mantle. Shear-wave splitting parameters (Φ and δt) derived from the analysis of core-refracted SKS phases provide first hand information about seismic anisotropy and deformation in the upper mantle beneath the region. The analysis shows considerable strength of anisotropy (delay time ~0.85–1.9 s) with average ENE–WSW-oriented fast polarization direction (FPD) at most of the stations. The FPD observed at stations close to the Tidding Suture aligns parallel to the strike of local geological faults and orthogonal to absolute plate motion direction of the Indian plate. The average trend of FPD at each station indicates that the anisotropy is primarily originated by lithospheric deformation due to India–Asia collision. The splitting data analyzed at closely spaced stations suggest a shallow source of anisotropy originated in the crust and upper mantle. The observed delay times indicate that the primary source of anisotropy is located in the upper mantle. The shear-wave splitting analysis in the Eastern Himalayan syntaxis (EHS) and surrounding regions suggests complex strain partitioning in the mantle which is accountable for evolution of the EHS and complicated syntaxial tectonics.     

京津唐地区深部挤压带特征及其与地震的关系

京津唐地区的深部挤压带轴线沿宁河、香河、昌平一线呈南东—北西走向，在通过该带的北东向Ｍ和Ｃ面上均有一向北西弯曲的弧形。地壳下部和上地幔顶部层位呈透镜状增厚，浅部的北东向断裂也向北西弯曲。应力测量表明现今该带的应力场为向北西挤压。深部挤压作用是由渤海底部的扩张所产生的。该挤压带控制着地震的发生，特别其北东侧是一个强地震区     

Late Cenozoic geodynamics and mechanical coupling of crustal and upper mantle deformations in the Mongolia-Siberia mobile area

Comprehensive analysis of the parameters characterizing contemporary and neotectonic deformations of the Earth’s crust and upper mantle developed in the Mongolia-Siberia area is presented. The orientation of the axes of horizontal deformation in the geodetic network from the data of GPS geodesy is accepted as an indicator of current deformations at the Earth’s surface. At the level of the middle crust, this is the orientation of the principal axes of the stress-tensors calculated from the mechanisms of earthquake sources. The orientation of the axes of stress-tensors reconstructed on the basis of structural data is accepted as an indicator of Late Cenozoic deformations in the upper crust. Data on seismic anisotropy of the upper mantle derived from published sources on the results of splitting of shear waves from remote earthquakes serve as indicators of deformation in the mantle. It is shown that the direction of extension (minimum compression) in the studied region coincides with the direction of anisotropy of the upper mantle, the median value of which is 310–320° NW. Seismic anisotropy is interpreted as the ordered orientation of olivine crystals induced by strong deformation owing to the flow of mantle matter. The observed mechanical coupling of the crust and upper mantle of the Mongolia-Siberia mobile area shows that the lithospheric mantle participated in the formation of neotectonic structural elements and makes it possible to ascertain the main processes determining the Late Cenozoic tectogenesis in this territory. One of the main mechanisms driving neotectonic and contemporary deformations in the eastern part of the Mongolia-Siberia area is the long-living and large-scale flow of the upper mantle matter from the northwest to the southeast, which induces both the movement of the northern part of the continent as a whole and the divergence of North Eurasia and the Amur Plate with the formation of the Baikal Rift System. In the western part of the region, deformation of the lithosphere is related to collisional compression, while in the central part, it is due to the dynamic interaction of these two large-scale processes.     

Seismic structure of the Helan–Liupan–Ordos western margin tectonic belt in North-Central China and its geodynamic implications

We study high-resolution three-dimensional P-wave velocity (Vp) tomography and anisotropic structure of the crust and uppermost mantle under the Helan–Liupan–Ordos western margin tectonic belt in North-Central China using 13,506 high-quality P-wave arrival times from 2666 local earthquakes recorded by 87 seismic stations during 1980–2008. Our results show that prominent low-velocity (low-V) anomalies exist widely in the lower crust beneath the study region and the low-V zones extend to the uppermost mantle in some local areas, suggesting that the lower crust contains higher-temperature materials and fluids. The major fault zones, especially the large boundary faults of major tectonic units, are located at the edge portion of the low-V anomalies or transition zones between the low-V and high-V anomalies in the upper crust, whereas low-V anomalies are revealed in the lower crust under most of the faults. Most of large historical earthquakes are located in the boundary zones where P-wave velocity changes drastically in a short distance. Beneath the source zones of most of the large historical earthquakes, prominent low-V anomalies are visible in the lower crust. Significant P-wave azimuthal anisotropy is revealed in the study region, and the pattern of anisotropy in the upper crust is consistent with the surface geologic features. In the lower crust and uppermost mantle, the predominant fast velocity direction (FVD) is NNE–SSW under the Yinchuan Graben and NWW–SEE or NW–SE beneath the Corridor transitional zone, Qilian Orogenic Belt and Western Qinling Orogenic Belt, and the FVD is NE–SW under the eastern Qilian Orogenic Belt. The anisotropy in the lower crust may be caused by the lattice-preferred orientation of minerals, which may reflect the lower-crustal ductile flow with varied directions. The present results shed new light on the seismotectonics and geodynamic processes of the Qinghai–Tibetan Plateau and its northeastern margin.     

南海东北部及其邻近地区地壳上地幔P波速度结构

利用中国地震台网和ISC台站记录的P波到时数据,采用球坐标系有限差分地震层析成像方法反演了南海东北部及其邻近地区壳幔三维P波速度结构,并分析了不同地质单元的构造差异及其深部特征。结果表明:南海东北部表现出陆架地区的岩石层特性,属于华南大陆向海区的延伸,岩石层厚度较大,现今不存在大规模的地幔热流活动,推测大陆边缘张裂作用仅限于地壳内部而没有延伸进入上地幔,具有非火山型大陆边缘的深部特点。中央海盆附近上地幔P波速度明显降低,与海盆下方地幔热流活动密切相关。不同的速度异常特征表明:华南大陆暨台湾地区属于欧亚大陆的正常地壳或是与菲律宾海板块相互作用产生的增厚型地壳,冲绳海槽则是弧后扩张产生的减薄型地壳。滨海断裂带作为华南大陆高速异常和南海北部高速异常的分界,代表了一定地质时期华南地块和南海地块的拼合边界。断裂附近的上地幔低速异常揭示了闽粤沿海岩浆作用的深层动力机制。吕宋岛弧、马尼拉海沟、东吕宋海槽的速度异常与其所处的特殊构造位置有密切的关系,清晰地反映出岛弧俯冲带的地壳结构差异;台湾南部至吕宋岛弧的上地幔低速异常揭示了两个重要火山链的深部构造特征,北吕宋海脊下方100 km深度的条带状高速异常有可能代表了俯冲下沉的岩石层板片。     

再论大陆构造与动力学

采用大陆构造时空动态相关分析法，对大陆构造进行系统的分层，分块，分阶段域构造解析，认为包括隆块，陷块和旋块等基本类型的断块构造具有不同的物质成分，变形强度，流变状态的层状构造是大陆构造的基本型式。在构造活动期间层流隆陷构造系统发生大规模的物质行，构成动态的循环体系，大陆地壳下部层圈以热动力作用为主，造成粘性热流物质和韧性固流物质沿着壳内流层从幔隆区流向拗区；上部层圈以应力作用为主，与下地壳层流相关     

南海西北次海盆及其邻区地壳结构和构造意义

西北次海盆的深部地壳结构蕴含着南海北部陆缘拉张过程的重要信息.广角反射/折射测线(OBS2006-2)长386 km,是目前唯一的一条沿NEE向穿过西沙地块、并平行于西北次海盆扩张脊的深地震测线.通过射线追踪与走时模拟方法(RAYINVR),获得了OBS2006-2测线下方的速度结构.结果表明:西沙地块的沉积层厚度约为1~2 km,而西北次海盆的沉积层厚度大约为2~3 km;Moho界面从西沙地块的27 km逐步抬升到西北次海盆的12 km,Moho界面下方的速度为7.8~8.0 km/s;未发现壳内高速层和低速层.在西沙地块和西北次海盆的过渡区,有着较大量的岩浆活动信息,推测与西北次海盆的初始扩张有关.OBS2006-2测线中114.5°E以西的地区为减薄的陆壳,而114.5°E以东的地区为洋壳,莫霍面在陆壳与洋壳的结合处剧烈抬升,地壳厚度明显减薄.西北次海盆的扩张脊下方可能有残余岩浆的存在.      

龙门山地区上地壳的拱曲冲断作用及其深部动力学机制探讨

地形地貌与区域地质构造分析揭示,龙门山一带上地壳的汇聚作用表现为松潘－甘孜块体东缘的褶皱拱曲与扬子克拉通西缘的高角度叠瓦状冲断,近地表形成了一个巨大的北东向展布的拱曲冲断构造带。松潘－甘孜块体东缘的拱起预示着可能有来自深部的顶托。人工地震测深得到的地壳P波速度结构剖面也揭示,松潘－甘孜块体东缘上地壳普遍有较大范围的拱起,上地壳底部的低速层也同步抬升,其隆起范围与近地表的拱曲冲断带比较一致,说明很可能存在来自中下地壳的上拱作用。面波层析成像揭示松潘－甘孜块体与扬子克拉通具有截然不同的壳幔结构,扬子克拉通速度较高,且不存在低速夹层; 而松潘－甘孜块体速度偏低,地壳明显增厚,且下地壳及地幔上部存在S波低速层,地幔低速层上涌至壳幔过渡带,甚至侵入四川盆地之下,且上涌的范围与地表拱曲冲断带恰巧吻合,推测地幔盖层与下地壳塑性软弱物质的局部上涌促成了上地壳的拱曲。2008年汶川8.0级地震发生在拱曲冲断带中段,最大同震位移场位于龙门山拱曲冲断带及四川盆地西缘,揭示松潘－甘孜块体东缘的拱曲与扬子克拉通西缘的冲断共同受制于两大块体最新的汇聚作用。认为龙门山拱曲冲断构造带是陆内汇聚与壳幔通道流上涌联合作用的结果。爆破地震测深与地震层析成像不显示陆内俯冲图像,两大地块之间中地壳以下似为一近直立的汇聚带,这一构造格架将物质迁移主要限于垂向上,有利于龙门山保持大地形高差,而四川盆地一侧则因难以形成大的构造负载,前陆凹陷作用不显著。     

板块构造与幔柱构造的相互关系——以中国东部中、新生代控矿因素为例

侏罗纪以来,太平洋板块与欧亚板块俯冲碰撞,促成了中国东部以NNE-NE向断裂为主体的断裂构造格局。从地震面波层析成像反演资料及东北和华北地质剖面得知,该地区应属东亚巨型宽裂谷体系的东部地区,系亚幔柱活动所致。全区P波速度、岩石圈不连续和减薄转型、软流圈物质呈蘑菇云状上升以及大火成岩省等特征证明中国东部中、新生代为亚幔柱构造控制成矿成藏,从而证实板块构造与幔柱构造相辅相成的关系。幔柱构造可划分3级,金属矿床常受幔枝构造的控制,多成群成带分布。由于成矿物质来自深部地核或软流圈,金属元素呈垂直分带的规律成为"攻深找盲"的理论依据;而油气田深部常受深部热源影响,若有海相烃源层分布,是寻找"无机"和海相油气田的主攻目标。