南海东北部及其邻近地区的Pn波速度结构与各向异性

利用中国地震台网和ISC台站1980～2004年的地震数据，反演了南海东北部及其邻近地区的Pn波速度结构和各向异性.上地幔顶部的速度变化揭示出区域地质构造的深部特征：华南地区速度较高并且变化平缓，具有构造稳定地区的岩石层地幔特征；华南沿海尤其是滨海断裂带附近出现低速异常，表明该断裂可能穿过壳幔边界深达上地幔顶部.南海北部至台湾海峡较高的速度与华南地区类似，反映出大陆边缘和陆架地区的岩石层地幔性质；西沙海槽附近较高的速度不仅反映了华南大陆向南的延伸，而且与海槽裂谷拉张引起的地幔上拱有关，整个南海北部没有发现大规模地幔热流的活动痕迹.相比之下，南海东部次海盆的上地幔顶部存在明显的低速异常，对应于海底扩张中心的地幔上涌区，表明岩石层地幔强烈减薄甚至缺失；台湾东部－吕宋－菲律宾北部的低速异常与地震、火山活动以及岩浆作用紧密相关，揭示了西太平洋岛弧俯冲带的活动特征；南海东北部的洋－陆边界清晰，南海东部和菲律宾海西部较高的速度代表了海洋岩石层地幔的性质.Pn波各向异性反映出区域性构造应力状态及岩石层地幔的变形痕迹：华南地区的各向异性较小，说明这一构造稳定地区的岩石层地幔变形程度较弱；南海北部的快波方向与地壳浅表层构造的伸展方向一致，主要反映了中、新生代以来的大陆边缘张裂和剪切作用对岩石层地幔结构的影响；琉球－台湾－吕宋岛弧两侧各向异性十分强烈，平行于海沟的快波方向表明菲律宾海板块和欧亚大陆的相互作用导致俯冲板块前缘的岩石层地幔强烈变形；台湾东南海域快波方向的变化可能与欧亚大陆和菲律宾海板块俯冲机制的转换以及岩石层被撕裂有关.     

环渤海地区Pn波速度结构与各向异性

环渤海地区位于华北克拉通的中东部,是岩石圈破坏和减薄的主要地区,同时也是我国大陆东部强震的多发区和油气田产区,一直是国内外学者研究的重点区域.本研究利用环渤海地区1980—2015年期间中国地震台网高质量Pn波到时数据,反演得到环渤海地区Pn波速度结构及各向异性.结果显示,环渤海地区上地幔顶部的Pn波速度结构存在明显的横向不均匀性,且与区域地质构造有一定相关性.在地形隆起区,如太行山隆起、燕山隆起、鲁西隆起、胶辽隆起及苏鲁褶皱带地区,呈现为低波速异常,说明这些隆起区下方的上地幔存在热物质上涌,而凹陷地区,如华北盆地、南黄海北部盆地和南黄海南部盆地,则表现为高波速异常,说明这些凹陷地区上地幔顶部岩石圈强度较大.地壳内强震主要发生于低波速异常区和高低波速异常过渡带上,说明华北地区地壳强震的发生有可能受到上地幔深部构造的影响.太行山造山带地区Pn波各向异性快波方向为近NNE向,苏鲁褶皱带区域的Pn波各向异性快波方向为近NE向,与断裂带的走向基本一致,表明在地壳形变剧烈的地区,可能受上地幔顶部的深部动力学影响较大.华北盆地的北部和南部各向异性方向存在差异,可能与岩石圈的厚度及热状态的不均匀性有关.     

黄海及其邻近地区的Pn波速度与各向异性

利用中国东部地震台网和ISC 报告1980~2004年的地震走时数据,反演了黄海及其邻近地区的Pn波速度和各向异性,根据岩石层地幔的横向非均匀性分析了区域地质构造的深部特点.Pn波速度的变化与区域地质构造有一定的对应关系,黄海地区上地幔顶部的P波平均速度较高,没有发现明显的低速异常,表明上地幔顶部不存在大范围的地幔扰动.速度异常的分布表明,南黄海东部和西部有可能分属于不同的构造块体,其间的分界大致对应于南北走向的黄海东部断裂带,具有相对较低的Pn波速度.边界东、西两侧的Pn波各向异性存在明显的差异：南黄海西部Pn波的快波方向以北东—北北东方向为主,反映了海区内部扬子块体向北运动产生的构造变形;南黄海东部Pn波的快波方向为南北方向,与黄海东部断裂带的走向基本一致,说明黄海东部和西部之间存在一个深达岩石层地幔的南北向转换边界.结合相关资料估计黄海东部断裂带在中生代时期发生了右旋走滑运动,以响应中国东部郯庐断裂带的大规模左旋剪切以及南黄海扬子块体的向北嵌入.     

天山造山带地区瑞利面波相速度与方位各向异性

天山造山带作为世界上陆内最大的造山带之一,现今地震活动频繁,造山运动强烈,是开展陆内造山和内陆地震活动研究的天然试验场.本文利用整个天山造山带地区国内及国际台网的108个地震台站连续三年的背景噪声资料,提取了8~50 s周期的瑞利面波相速度频散曲线,并构建了整个天山造山带地区的二维瑞利面波相速度与方位各向异性分布图像.结果表明：浅部结构与地表的地质构造单元具有较大的相关性.低波速异常主要分布于沉积层厚度较大的盆地地区,而高波速异常主要分布于构造活动比较活跃的山脉地区.东天山地区中下地壳存在比较弱的低波速异常,而塔里木盆地和准噶尔盆地汇聚边缘的上地幔区域则表现为明显的高波速异常,各向异性快波方向呈现近NS向的特征,暗示着塔里木盆地和准噶尔盆地的岩石圈已经俯冲至东天山的下方.中天山地区的中下地壳至上地幔区域均呈现为明显的低波速异常,且各向异性快波方向变化比较复杂,表明中天山地区的整个岩石圈结构已经弱化,热物质上涌可能对介质的方位各向异性有一定的影响.西天山及帕米尔高原的上地幔区域存在低波速异常,各向异性表现为NW-SE方向,可能与欧亚板块的大陆岩石圈南向俯冲有关.塔里木盆地内部存在相对弱的低波速异常,推测塔里木盆地可能已经受到上涌的地幔热物质的侵蚀和破坏.     

郯庐断裂带及其邻区上地幔顶部Pn波速度与各向异性层析成像

本研究拾取了中国数字测震台网固定台站记录的2008-2016年2级以上地震事件中的27233条高质量Pn到时资料,反演得到了郯庐断裂带及其邻区上地幔顶部Pn波速度和各向异性结构模型.结果显示,研究区上地幔顶部Pn波速度结构存在强烈的横向不均匀性,速度异常形态与区域地质构造较为吻合.太行山造山带、鲁西隆起、大别造山带、苏鲁褶皱带、胶辽隆起和华北盆地南端等隆起区表现为低波速异常,而黄海北、南部盆地、渤海湾和华北盆地北部等凹陷区均为高波速异常.壳内强震主要发生在Pn低波速异常和高低波速异常的横向过渡地带,说明强震的发生与上地幔结构的横向变化之间存在有一定关联.郯庐断裂带两侧Pn波速度以郯城地震为界其东北侧和西南侧分别分布有与断裂带近平行的低波速异常条带,而西北侧和东南侧分别分布有高波速异常条带,各向异性快波方向近乎沿断裂带走向,可能由于上地幔热物质沿郯庐断裂带上涌形成低速异常后断裂带发生左旋平移运动所致.华北盆地内上地幔顶部Pn波速度结构和各向异性的明显变化,反映华北克拉通破坏过程中经历了地幔热物质上涌、莫霍面隆升以及岩石圈拆沉等复杂构造变形.     

天山构造带地震各向异性及动力学机制研究进展

天山构造带及邻区的深部动力学机制是地球动力学研究的热点,而地震各向异性是区域构造深部动力学机制的一个重要性质。研究表明,天山构造带上地壳各向异性结果呈现区域性分区,受到构造带与断裂走向和区域应力影响;上地幔各向异性的结果认为快波偏振方向和构造带走向基本平行,但在伊塞克湖附近、塔里木盆地和准噶尔盆地挤压区域各向异性快波方向变化复杂,垂直方向上的变化可能由区域性双层各向异性引起,但局部复杂性原因有待进一步探讨。诸多研究支持天山构造带的地壳与上地幔垂直连贯变形机制。此外,地幔柱、软流圈变形、小尺度地幔对流等概念均被用来解释天山构造带的动力学背景,表明该地区的深部动力学机制非常复杂,需要更深入的探讨。     

中国及邻区Pn波速度结构成因探讨

在汪素云等利用全国地震台网资料所得结果的基础上, 补充了约5万条区域地震台网Pn波到时数据, 再次反演了中国及邻区Pn波速度横向变化和各向异性变化. 对比分析了研究区的地壳厚度分布、大地热流分布、新生代火山岩分布和高温、高压实验研究结果, 并探讨了中国及邻区Pn波速度结构的成因. 定量分析结果表明, Pn波速度与地壳厚度成正相关变化, 与大地热流成反相关变化. 根据Pn波速度随地壳厚度变化而估计的P波速度vP随压强p的变化率δvP/δp, 与(Matsushima和Akeni)由二辉橄榄岩包体的岩石实验所得结果非常接近. 在扣除了增厚地壳引起的压强增大对Pn波速度的可能影响后, 青藏高原地区的低Pn速度区更加显著. 低Pn速度区与新生代火山岩分布区有较好的一致性. 在几处波速各向异性显著的区域, 快波速方向与地壳最大主压应力方向和现代地壳运动方向一致, 可能与研究区上地幔顶部沿挤压方向的流动变形有关.     

基于背景噪声研究华北克拉通中部Rayleigh波相速度和方位各向异性

基于中国地震科学台阵探测项目在华北中部布设的306个台站记录的波形数据,利用背景噪声层析成像方法开展了 Rayleigh波相速度和方位各向异性研究.结果显示,短周期的相速度异常及其方位各向异性主要与地表构造相关,盆地表现为低速异常,造山带表现为高速异常,快波方向主要表现为NE-SW向,与断层走向以及构造单元走向一致.在中长周期,山西地堑南北段的相速度异常以及方位各向异性都表现出显著差异.北段表现为大范围的低速异常,而南段则转变为高速异常,北段显著的低速异常可能与第四纪大同火山群的岩浆活动有关,其中心位置随深度的变化可能代表了地幔热物质在地壳内上涌的通道,相速度异常的南北差异可能代表着岩浆活动只在北段比较活跃.方位各向异性在北段较弱且主要表现为NE-SW向,南段的方位各向异性较强且逐渐向E-W向转变.中下地壳对应的面波快波方向与该区域最大压应力方向比较吻合,推测山西地堑的地壳方位各向异性主要受地壳应力场的影响,但北段还受到岩浆活动影响.与前人SKS分裂的结果对比发现,北段的地壳以及上地幔顶部的快波方向与地幔的快波方向不一致,考虑到该区域受岩浆活动影响,面波方位各向异性的来源比较复杂,其壳幔变形模式有待进一步研究.而中南段下地壳以及上地幔表现为稳定的高速异常,其面波快波方向逐渐转变为E-W向,与SKS分裂快波方向大致吻合,符合垂直连贯变形模式.     

中天山和塔里木盆地下方地幔转换带顶部P波速度结构探测

本文基于中国数字地震台网记录到的2016年1月12日发生于兴都库什—帕米尔地区的中源地震P波宽频带波形资料,利用P波三重震相方法研究了中天山和塔里木盆地北部410 km间断面起伏形态及间断面附近P波速度结构.通过波形拟合,我们发现中天山和塔里木盆地北部410 km间断面下沉约10 km;410 km间断面上方存在由塔里木盆地向中天山P波速度异常逐渐减小的约70 km厚的低速层(-3%~-1%).该低速层可能是地幔转换区物质上涌并部分脱水熔融及热效应共同作用的结果.另外我们发现中天山东北部约10~100 km深度范围内存在局部低速异常(约-6%),其很可能是上涌的软流圈物质.     

山西断陷带上地幔顶部Pn波速度结构与各向异性成像

本研究拾取了中国数字测震台网固定台站记录的2008—2019年期间发生在山西断陷带及邻区2级以上天然地震事件及陕西神木、府谷等3级以上非天然地震事件共25304条高质量Pn到时数据,反演了山西断陷带及邻区上地幔顶部高分辨率Pn波速度结构与各向异性.研究结果显示,山西断陷带及邻区Pn波速度结构差异较大,大同火山及以南区域、忻定盆地、太行山造山带、华北盆地南部和吕梁山局部地区表现为显著的低波速异常,而运城盆地、临汾盆地北部、太原盆地、大同盆地北部、华北盆地北部和鄂尔多斯块体呈现明显的高波速异常.大同火山下方上地幔顶部的低波速异常与Pn快波方向呈现以火山为中心的近发散状结构特征,结合已有的远震上地幔成像结果,暗示大同火山岩浆可能来源于地幔深部,岩浆的底侵或热侵蚀作用造成了该地区岩石圈的破坏以及整个华北克拉通的"活化",这一推论符合克拉通的热-化学侵蚀破坏模型.山西断陷带上地幔顶部速度异常形态较好的对应了研究区的地质构造,Pn快波速方向与地质构造的展布方向和SKS波各向异性的特征基本一致,说明变形形式以简单剪切为主,表明其形成和演化过程与上地幔物质运移过程有密切关系.     

Crust and mantle of the Tien Shan from data of the receiver function tomography

A 3-D velocity model of the Tien Shan crust and upper mantle is constructed through the inversion of the receiver functions of P and S waves together with teleseismic traveltime anomalies at nearly 40 local seismic stations. It is found that in the vast central region, where no strong earthquakes have been known over the past century, the S wave velocity at depths of 10–35 km is lower than in adjacent regions by up to 10%. These data are evidence for mechanical weakness of the crust preventing the accumulation of elastic energy. Apparently, the lower velocity and the weakness of the crust are due to the presence of water. The weakness of the crust is one of the possible reasons for the strain localization responsible for the formation of the present Tien Shan but can also be due in part to the young orogenesis. The crustal thickness is largest (about 60 km) in the Tarim-Tien Shan junction zone. The crust-mantle boundary in this region descends by a jump as a result of an increase in the lower crust thickness. This is probably due to the underthrusting of the Tien Shan by the Tarim lithosphere. This causes the mechanically weak lower crust of the Tarim to delaminate and accumulate in nearly the same way as an accretionary prism during the subduction of oceanic lithosphere. In the upper mantle, the analysis has revealed a low velocity anomaly, apparently related to basaltic outflows of the Upper Cretaceous-Early Paleogene. The Cenozoic Bachu uplift in the northern Tarim depression is also associated with the low velocity anomaly. The Naryn depression is characterized by a high velocity in the upper mantle and can be interpreted as a fragment of an ancient platform.     

Geodynamic processes in seismically active areas of the Tien Shan from monitoring data with the use of nuclear explosions

Recent geodynamic processes in the Tien Shan region are studied by the analysis of time series of effective velocities and traveltime delays relative to the IASPEI-91 traveltime curve of the weakly refracted wave P _n from nuclear explosions at the Semipalatinsk test site over the period of 1968–1989. The time series were constructed for 10 seismic stations located at distances of 800–1200 km from the test site in the regions of the Northern, Central, and Southern Tien Shan. The twenty-year period of observations at stations in the North Tien Shan showed a significant decrease in traveltime delays by 0.20–0.76 s, which corresponds to a 0.2–0.7% increase in seismic velocities. An opposite pattern is observed at stations of the Central and Southern Tien Shan: traveltime delays increased by 0.2–0.5 s and, accordingly, seismic velocities dropped by 0.2–0.5%. These results suggest the predominance of compression processes in the crust and upper mantle during the period of observations in Northern Tien Shan and extension processes in the Central and Southern Tien Shan. The series of velocities and traveltime residuals are characterized by the presence of rhythmic oscillations of various amplitudes and periods against a linear trend. A correlation between variations in kinematic parameters and yearly numbers of earthquakes is observed at all stations. Diagrams of the spectral time analysis reveal rhythms with periods of 2–3 and 5–7 yr. The data obtained in this study are consistent with results of studying the stress-strain state of the Tien Shan crust from focal mechanisms of earthquakes and the velocities of recent crustal movements from GPS data. It is found that the amplitude of variations in kinematic parameters of the P wave at stations located in seismically active regions (the Tien Shan, Kopet Dagh, the Caucasus, Altai, and Sayany) is two to five times higher compared to aseismic regions (the Russian and Kazakh plains).     

川滇及邻区Pn波速度结构和各向异性研究

川滇地区是中国大陆构造变形及地震活动最强烈的区域之一.本文利用从国际地震中心(ISC)、中国地震台网以及云南、四川、重庆三个省级地震台网的地震观测报告中严格挑选出的53673个Pn波到时数据,用Pn波层析成像方法反演了川滇地区的Pn波速度结构和各向异性.结果表明该地区上地幔顶部速度结构的横向变化与现代构造运动有明显的关...     

Upper crustal P-wave velocity structure beneath two volcanic areas in northern Iran

Detailed information about the crustal structure is essential for better understanding the occurrence and mechanisms of earthquakes and volcanoes. Here we present a study of the upper crustal P-wave velocity structure of two seismically and volcanically active areas in northern Iran using the two-dimensional Pg travel time tomography method. The imaging results suggest low velocities in the upper crust beneath the Damavand and Sahand-Sabalan volcanic areas in the central and western parts of northern Iran, respectively. The upper crustal low velocities in these two areas roughly coincide with previously imaged low Pn velocity anomalies, suggesting that the Late Cenozoic volcanic activity was probably caused by the upwelling of hot materials from the mantle. The image feature of the Pg velocity structure beneath the Sahand-Sabalan volcanic area further indicates that the hot materials stored in the upper crust beneath Sahand may be larger in size than those stored beneath Sabalan. Comparison of the Pg velocity images with the earthquake distribution in north Iran suggests that earthquakes mainly occur at moderately low velocity or low to high velocity boundary areas instead of significantly low or high velocity regions. The anisotropy results show that the Pg wave fast direction is consistent with the GPS direction at high Pg velocity areas and the fast direction is inconsistent with the GPS direction but consistent with the strike direction of faults at low velocity areas. Our new upper crustal structural images provide the basic observation for better understanding of the regional seismicity and volcanism, and link the surface geological phenomena to deep crustal and mantle processes associated with the active tectonics in northern Iran.     

郯庐断裂带鲁苏皖段及邻区上地幔顶部Pn波速度与各向异性

为着重探讨郯庐断裂带鲁苏皖段的分段特征及其深部结构特征,本研究搜集增加了研究区内近几年的Pn震相数据.经挑选后采用了由2163个地震和301个台站构成的9156条射线,重新反演构建了郯庐断裂带鲁苏皖段及邻区上地幔顶部Pn波速度及方位各向异性分布.尔后,将速度反演结果与地形地貌、大地热流、强震活动及地壳厚度等进行了综合对比和分析;此外,还将Pn波各向异性与地震各向异性其他观测手段的结果展开了对比和讨论.反演结果的可靠性和分辨能力较前文有所提高,研究区上地幔顶部的非均匀性特征揭露得更为清楚,尤其是由Pn波速度揭露的郯庐断裂带分段特征与地质构造特征吻合得更佳.结果表明:(1)Pn波高、低速的分布与地形地貌呈负相关的关系,即山地隆起区呈低速分布,而平原地区表现为高速异常.(2)Pn波速度沿郯庐断裂带的分布具有明显的分段特征,本文的研究结果支持郯庐断裂带在研究范围内的上地幔顶部可细分为4个亚段.由上地幔顶部Pn波速度揭示的郯庐带分段特征与前人根据郯庐断裂带各段的地表地质构造特征给出的分段结果吻合,深、浅耦合的现象表明郯庐断裂带是一条贯穿地壳、深抵Moho面的幔源深大断裂带.(3)Pn波速度与大地热流呈负相关的关系.(4)Pn波速度的分布与强震的发生具有一定的关联性,强震大部分发生在Pn波高、低速过渡地带或者低速区域的地壳内.(5)在南黄海海域新发现一条NNE-SSW向展布的弱高波速异常带,该异常带被强震震中清晰地勾勒了出来,据此推测其下方存在一条切割Moho界面的幔源深大断裂.(6)Pn波各向异性的强弱与地质构造的活动性相关,活动性越强则各向异性强度越大.(7)由地震台站的时间延迟分布可以看出,研究区地壳厚度总体上自SE往NW逐渐增厚;最大厚度位于渤海湾盆地的北西部和西部.     

环渤海地区的地震层析成像与地壳上地幔结构

利用环渤海地区的天然地震P波到时资料,采用纬度和经度方向分别为05°×06°的网格划分,反演了该地区地壳上地幔的三维P波速度结构.初步结果表明,环渤海地区地壳上地幔的速度结构具有明显的横向不均匀性：京津唐地区地壳中上部的速度异常反映了浅表层的地质构造特征,造山带和隆起区对应于高速异常,坳陷区和沉积盆地对应于低速异常;地壳下部出现大规模的低速异常与华北地区广泛存在的高导层相对应,估计与壳内的滑脱层和局部熔融、岩浆活动有关;莫霍面附近的速度异常反映了地壳厚度的变化及壳幔边界附近热状态的差异;上地幔顶部大范围的低速异常可能是上地幔软流层热物质大规模上涌所致.     

Crustal structure beneath Tien Shan orogenic belt and its adjacent regions from multi-scale seismic data

As one of the world's most active intracontinental mountain belts, Tien Shan has posed questions for researchers regarding the formation of different tectonic units and active shallow seismicity. Here, we used a huge data set comprising of 7094 earthquakes from local, regional and teleseismic seismic stations. We used waveform modeling and multi-scale double-difference earthquake relocation technique to better constrain the source parameters of the earthquakes. The new set of events provided us with better initial earthquake locations for further tomographic investigation. We found that reverse-faulting earthquakes dominate the whole study area while the fault plane solutions for earthquakes beneath the northwestern Tarim Basin and the Main Pamir Thrust are diverse. There is a low-velocity anomaly beneath Bashkaingdy at depth of 80 km, and high-velocity anomalies beneath central Tien Shan at shallower depths. These observations are the keys to understand the mechanism of Tien Shan's formation because of Tarim Basin northward and Kazakh Shield's southward subduction in the south and north respectively. Velocities beneath western Tien Shan are relatively high. We thus infer that the Western Tien Shan is relatively less deformed than the eastern Tien Shan primarily due to a relatively brittle mantle.     

郯庐断裂带中南段及邻区Pn波速度结构与各向异性

郯庐断裂带是一条纵贯我国大陆东部NNE走向的巨型深断裂,其中南段及邻区(115°E—122°E,29°N—38°N)跨越了华北断块区、扬子断块区和华南褶皱系三大一级构造单元,由于其重要性和复杂性,长期以来一直是地学家们研究的热点.本文从国际地震中心(ISC)、中国地震台网及区域地震台网的地震观测报告中精心挑选出6381个Pn震相数据,用Pn波时间项层析成像法反演得到了郯庐断裂带中南段及邻区上地幔顶部Pn波速度结构和各向异性.结果显示,研究区上地幔顶部具有显著的横向非均匀性,相对于7.95km·s-1的平均速度而言,Pn波速度值在7.68~8.24km·s-1范围内变化.Pn波速度分布在郯庐断裂带中段和南段具有分段性:沿中段及周边存在一NE向低速异常带,低速可能是由于岩石圈的减薄和软流圈的高温物质沿郯庐带上涌导致;沿南段表现为一NNE向弱高波速异常带,作为高低速的边界带清晰地勾勒出了华北与扬子这两个不同块体,该边界在江苏域向华北地块NW方向凹进.Pn波速度各向异性的强弱与速度分布存在一定的相关性.总体上,如鲁西隆起及以南等低速区、茅山断裂附近的高低速过渡带,其速度各向异性较为强烈;而在具有高速异常的苏北盆地、合肥盆地等稳定区域下方其各向异性较弱.本文通过Pn波震相基本未能探测到郯庐断裂带中段的方位各向异性,推测是上地幔顶部被"冻结"下来的各向异性痕迹被软流圈热物质上涌这一强烈构造运动削弱所导致.南段具有与断裂伸展方向近乎平行的快波速方向.Pn波速度横向变化和强震活动存在一定关联.强震主要发生在Pn波低速异常区或高低速过渡带上.郯城8.5级地震震中位于中段和南段高低速过渡带,该区域也是速度横向变化最大的地方,最容易集中应力和产生应力差.