马尼拉俯冲带的地震层析成像研究

基于国际地震中心的P波走时数据和层析成像反演方法,获得了具有较高分辨率的马尼拉俯冲带的深部速度模型.结果表明,（1）高速的南海俯冲板片沿马尼拉俯冲带的俯冲形态随纬度发生变化,在14°N和16°N之间,板片俯冲角度较大,俯冲深度可达400~500 km,在17°N附近,俯冲板片角度和深度较南部变小,而在18°N附近,俯冲板片以近垂直角度俯冲到地幔转换带;（2）17°N和18°N之间俯冲角度的变化意味着南海板片发生了撕裂;（3）在14°N附近,南海板片由300 km以上的近垂直俯冲转为200~300 km深度的近水平展布,与震源分布存在较大的差异,表明南海板片发生了撕裂,并且导致410 km间断面抬升.根据成像结果计算的不同位置南海板片的俯冲长度和时间表明,南海板片俯冲之前的面积为现今面积的两倍,14°N最先开始发生俯冲,并由南向北扩展.     

日本海-鄂霍次克海下俯冲带的应力状态及其深部形变

通过地震分布及地震机制解所反映的日本海-鄂霍次克海俯冲带的形态及应力状态,研究了俯冲带深部形变及650km间断面的穿透问题.日本海Benioff带较直,连续性较好;鄂霍次克海Benioff带弯度稍大,220-320km深度之间地震很少.两俯冲带在浅部及深部地震密集,100-200km深度之间有双地震层.应力状态随深度变化,200km深度以下P,T轴方向相对集中,P轴接近俯冲方向,在约100-200km深度附近,P,T轴均接近俯冲方向.观测和理论地震图拟合分析表明,地震断层面走向接近俯冲带走向,断裂的结果使俯冲带在深部倾角变小.     

汤加—克马德克俯冲带现今非均匀应力场特征及其动力学意义

汤加—克马德克俯冲带是太平洋板块向澳大利亚板块俯冲碰撞的动力作用区,是全球俯冲带动力学研究的热点区域.本研究基于EHB地震目录,对汤加—克马德克俯冲带(18.5°S—28.5°S)区域进行平面拟合,得到该范围内俯冲带走向约为196°,倾角约为48°;利用该俯冲带研究区域内Global CMT目录,对不同位置、不同深度进行区域应力张量反演,得到汤加—克马德克俯冲带研究区内精细的应力图像.结果显示:(1)俯冲带浅部(60~300km)应力结构非均匀特征明显,主应力轴倾伏角变化多样,并且最大主压应力轴方位在24°S左右发生明显偏转,我们推测这可能与洋底构造路易斯维尔海链俯冲有关;(2)中部(300~500km)最大主压、主张应力轴由北向南逐渐发生偏转,这可能与由北向南流动的地幔流对俯冲板片产生推挤作用有关,并且这种推挤作用向南逐渐减弱;(3)深部(500~700km)最大主压应力轴沿俯冲方向分布;(4)本文的结果还发现了主俯冲带深部西侧"偏移"板片与主俯冲带应力结构不同,表明"偏移"板片与主俯冲带是分离的.     

西北太平洋俯冲带及其深震活动

俯冲带是理解地球内部物质循环和能量交换、大陆岩石圈演化、地震和火山活动及矿产资源分布等的重要环节.本文聚焦于西北太平洋俯冲带,通过汇集多种地震观测研究结果,清晰地揭示了由日本海沟至中国东北的俯冲板片整体活动图像,即整个西北太平洋俯冲板片的主压应力轴一致地稳定在俯冲方向上,俯冲板片上深浅部的显著地震活动存在密切的关联性;俯冲板片深处的亚稳态橄榄岩楔形区及其周边是深源地震多发区,深源地震可能是由亚稳态橄榄岩楔形区内的相变断层开始破裂的;在410～660 km深的地幔过渡带内处观测到的俯冲板片上下界面,揭示了俯冲板片的层状组分结构和板块下侧的高含水量.为更好地约束日本海下方的俯冲板片结构和深入探讨西太平洋的俯冲动力作用,有待于在全球罕有的大陆深部不断发生深震的西北太平洋俯冲区,开展海陆联合的地球物理探测及岩石高温高压实验和地球动力学模拟等研究.     

南美俯冲带几何特征与动力学意义

基于全球高精度EHB地震目录对南美俯冲带的地震深度分布进行统计和分层,构建南美俯冲带的三维几何模型,通过对研究区域14个剖面的划分,解算了每个剖面各深度分层的俯冲倾角和俯冲距离.结果显示,南美俯冲带地震深度分为四层,存在较为明显的三个峰值;俯冲带北部(8°S~15°S)和中南部(26°S~32°S)首先以较大的倾角俯冲至110 km的深度,然后近水平的长距离俯冲,且中南部的倾角更小,平坦俯冲距离更长.中部(16°S~26°S)和最南端(33°S~36°S)则以较大的倾角直接俯冲至深部.结合该地区火山和地震分布,洋壳年龄以及板块运动速率等资料对南美俯冲带的几何形态特征和动力学意义进行分析,研究表明:不同纬度俯冲机制的差异对地震火山等地质活动造成了显著影响,是导致地震深度分层和峰值特征的主要原因;平坦俯冲形成的主要原因与俯冲板和上覆大陆板间较高的相对运动速率有关.     

苏门答腊俯冲带地区壳内密度结构研究

俯冲带上覆板片密度特征是认识俯冲及其引发深部岩浆过程的一个窗口.本文以苏门答腊俯冲带空间重力异常数据为基础,在2.5D密度结构剖面约束下,通过3D密度反演,获得了研究区3D密度结构分布.反演结果表明,俯冲板片角度和下倾极限深度均从研究区西北向东南方向逐渐增加;研究区上覆板片下地壳存在低密度异常,主要集中在东南部,分布范围也随深度而增加.分析认为这有可能是俯冲引发的洋壳脱水对上覆板片下地壳侵染所造成.此外,研究区东南部存在的地幔板片撕裂可能是造成该区下地壳低密度异常最为显著的另一个原因.3D密度切片揭示出下地壳密度异常具有沿NE方向延伸迹象,推断应与印澳板块在苏门答腊地区的斜向俯冲作用有关.本文还对研究区的地震分布特征进行了讨论.大部分的浅源地震集中在下倾极限附近,为脆性破裂或摩擦滑移所引发.震源深度大于200 km的地震基本分布在研究区中部和东南部,震源深度从西北向东南方向逐渐加大,这从另一角度为研究区东南部地幔存在板片撕裂的观点提供了佐证.     

利用接收函数散射核方法探测中国东北地区地幔转换带界面三维形态

地幔转换带是上下地幔物质运移和能量交换的必经通道,其速度结构和上下界面的起伏能够为认识地幔内部的温度和物质变化、地幔对流模式等地球演化相关的科学问题提供关键约束.本文利用布设在中国东北地区的高密度固定台网和流动台阵所记录的远震体波接收函数,采用Ps散射核叠前深度偏移成像方法,获得了台站下方地幔转换带界面及其内部速度间断面的三维精细图像.研究结果表明:西北太平洋俯冲板片上下界面在地幔转换带内清晰可见,在高纬度(44°N)区域存在约 30°的倾角;660-km间断面的深度起伏具有明显的分区性,在与俯冲板片相交处以西 200～300 km,界面出现约 20～40 km的下沉,而长白山和龙岗火山的西北区域存在约 5～15 km的抬升,分别与板片滞留引起的低温异常和局部热物质上涌相对应;410-km间断面的起伏形态较复杂,在大部分区域观测到大于 10 km的下沉,且表现出明显的区域性横向变化,与深俯冲动力学背景下冷的温度异常造成的影响不一致.我们认为板片俯冲、停滞和海沟后撤过程中引起的地幔转换带物质异常、含水状态及分布的变化是显著改变410-km间断面形态的主要原因.本文获得的高精度地幔转换带界面三维形态为更好地认识东北亚地区俯冲板片在地幔物质分布和能量交换中的作用提供了重要参考.     

西北太平洋俯冲带日本本州至中国东北段应力场反演

本研究基于Global CMT提供的1196个1976年11月—2017年1月MW4.6地震矩心矩张量解,对西北太平洋俯冲带日本本州至中国东北段的应力场进行反演计算,得到了从浅表到深部俯冲带应力状态的完整分布.结果显示:俯冲带浅表陆壳一侧应力场呈现水平挤压、垂向拉伸状态,洋壳一侧的应力状态则相反,即近水平拉张、近垂向压缩.沿着俯冲板片向下,应力主轴逐渐向俯冲板片轮廓靠拢,其中位于双地震层(120km深度附近)之上的部分,主张应力轴沿俯冲板片轮廓展布而又比其更为陡倾;双地震层内的应力模式同典型I型双层地震带内的应力模式一致,即上层沿俯冲板片轮廓压缩、下层沿俯冲板片轮廓拉伸;双地震层之下,应力模式逐步转变为主压应力轴平行于俯冲板片轮廓.通观所研究的整个俯冲系统,水平面内主压和主张应力轴基本保持了与西北太平洋板片俯冲方向上的一致性,同经典俯冲板片的应力导管模型所预言的俯冲带应力模式相符;而主张应力轴在俯冲板片表面之下的中源地震深度范围内转向海沟走向,或许同研究区域横跨日本海沟与千岛海沟结合带,改变的浅部海沟形态致使完整俯冲板片下部产生横向变形有关.     

马尼拉俯冲带缺失中深源地震成因初探

马尼拉俯冲带是整个南海地震活动多发区,地震成因与南海的形成和构造演化关系密切.对马尼拉俯冲带地震数据和层析成像结果进行了深入分析.结果表明:马尼拉俯冲带的地震活动主要为密集的浅源地震,缺失中深源地震.进一步分析揭示:①脱水和榴辉岩的形成在南海洋壳到达软流圈前就基本停止.马尼拉俯冲带南部在较浅的深度就转变为塑性变形,并停...     

俯冲带地震动特征及其衰减规律探讨

随着我国南海不断开发建设,海洋工程的抗震问题日益受到重视.我国南海东部区域位于大陆板块与海洋板块共同作用的俯冲带地区,地震活动频繁,震级较大,潜在地震对南海开发建设有重要影响.为了研究俯冲带地震的地震动特征及其衰减规律,本文基于实际俯冲带地震数据,并结合数值模拟方法,分析和探讨了俯冲带板内、板缘地震与浅地壳地震的地震动特征和衰减规律的差异.研究结果表明:俯冲带地震动存在区域性差异,在地震动衰减特征方面,同一区域的俯冲带板缘地震要比浅地壳地震衰减慢,俯冲带板内地震要比浅地壳地震衰减得快;数值模拟分析不同深度海水对海底地震动的影响表明,海底地震动水平分量几乎不受海水介质的影响,但是竖向分量随海水深度的增加有减小的趋势.最终,基于数值模拟和经验关系的混合方法建立了南海俯冲带地震动衰减关系模型,其结果可为海域区划等相关研究和海域工程建设提供参考.     

Suboceanic earthquake location and seismic structure in the Kanto district,central Japan

We present a combined method, using sP depth-phase data and double-difference arrival times, to determine the precise hypocenter locations of earthquakes that occur under the Pacific Ocean outside of the area covered by the land-based seismic network. We assess the effectiveness of the combined method using a data set of P- and S-wave arrival times and sP depth phase from suboceanic earthquakes recorded by both land-based seismic stations and offshore seismic stations (OFS). The hypocenters of the offshore earthquakes relocated using the combined method are consistent with those determined using the standard location method and OFS data. The differences in the hypocenters relocated by the two methods are less than 4 km. We applied the method to the subduction region that underlies the Kanto district, central Japan, and located a large number of earthquakes that occurred beneath the Pacific Ocean. We then determined the detailed 3D seismic velocity structure by inverting a large number of arrival times of P- and S-waves and sP depth phase from the relocated earthquakes in the study region. High-velocity anomalies related to the cold subducting Pacific slab and low-velocity anomalies related to the hot mantle wedge are clearly imaged. Beneath active volcanoes, low-velocity zones are visible from the surface to a depth of 100 km, reflecting fluids released by dehydration of the subducting Pacific slab. Strong lateral heterogeneities are revealed on the upper boundary of the Pacific slab beneath the forearc region. The low-velocity areas under the offshore region are associated with low seismicity and weak interplate coupling. A low-velocity layer is imaged along the upper boundary of the Philippine Sea slab in the northern part of Kanto district, which may reflect dehydration of the slab. Our tomographic images indicate that the overlaying Philippine Sea plate has effects on the spatial distribution of active volcanoes related to the subducting Pacific slab in the study region.     

红河断裂带北段地震精定位研究

应用结合波形互相关技术的双差地震定位法对红河断裂带北段1999—2015年发生的地震进行重新定位。 重新定位后残差明显降低, 震中相比于定位前分布更为集中, 绝大部分地震位于5~15 km的中上地壳。 对重定位结果进行误差分析, 统计显示在95%置信水平下, 定位误差椭圆的长轴基本不超过2.6 km, 水平和垂直方向定位误差均为1.6 km, 定位结果具有较好的稳定性。     

The effect of the descending lithosphere beneath the Tonga island arc on P-wave travel-time residuals at the Warramunga Seismic Array

P-wave travel-time residuals at the Warramunga Seismic Array (WRA) in the Northern Territory, Australia, have been studied from 49 earthquakes with epicenters south of 19°S in the Fiji-Tonga region. Focal depths are between 42 and 679 km as determined from pP-P. Using the Jeffreys-Bullen and the Herrin travel-time tables the epicentral parameters have been redetermined by considering only “normal” seismic stations in the location procedure. These are those stations where P-wave travel times are probably not affected by lateral heterogeneities caused by the lithosphere descending beneath the Tonga trench. Epicenters of deep earthquakes below 300 km have been relocated by using stations at Δ > 25° only. Epicenters from shallower-depth earthquakes have been recalculated without using stations between 35 < Δ < 75° epicentral distance. In both cases focal depths were determined from pP-P times. The resulting pattern of P-residuals at WRA does not show any significant change with depth below 350 km. The residuals become more negative for shallower earthquakes above about 250 km. P-waves to WRA are advanced by approximately 2 s compared with those from deep earthquakes. The results do not essentially differ for the two different travel-time tables used. The observations can be interpreted by P-wave velocities that are higher in the sinking slab down to 350–400 km by 5±2% than in both the Jeffreys-Bullen and Herrin models. Without considering possible elevations of phase boundaries this estimate yields a temperature contrast of 1000±450°C between slab and normal mantle material in this depth range.     

马尼拉俯冲带北段增生楔前缘构造变形和精细结构

马尼拉俯冲带是南海的东部边界,记录了南海形成演化的关键信息,同时也是地震和海啸多发区域.本文利用过马尼拉俯冲带北段的高分辨率多道地震剖面,分析了研究区内海盆和海沟的沉积特征,精细刻画了区内增生楔前缘的构造变形、结构以及岩浆活动特征.研究区内增生楔下陆坡部分由盲冲断层、构造楔和叠瓦逆冲断层构成,逆冲断层归并于一条位于下中新统的滑脱面上,滑脱面向海方向的展布明显受到增生楔之下埋藏海山和基底隆起的影响;上陆坡的反射特征则因变形强烈和岩浆作用而难以识别;岩浆活动开始于晚中新世末期并持续至第四纪.马尼拉俯冲带北段增生楔的形成时间早于16.5 Ma,并通过前展式逆冲向南海方向扩展;马尼拉俯冲带的初始形成时间可能在晚渐新世,而此时南海海盆扩张仍在持续.南海东北缘19°N-21°N区域为南海北部陆坡向海盆的延伸,高度减薄的陆壳的俯冲造成马尼拉海沟北段几何形态明显地向东凹进.     

华北克拉通及东邻西太平洋活动大陆边缘地区的P波速度结构：对岩石圈减薄动力学过程的探讨

本文通过地震层析成像研究获得了华北克拉通及其东邻地区（30°N-50°N,95°E -145°E）1°×1°的P波速度扰动图像.结果显示,在西太平洋俯冲带地区,上地幔中西倾的板片状高速异常体与其上方的低速异常区构成俯冲带与上覆地幔楔的典型速度结构式样.俯冲板片高速体在约300~400 km深度范围内被低速物质充填,暗示俯冲板片可能发生了断离.在华北克拉通地区的上地幔中发现三个东倾排列的高速异常带.在此基础上,本文构建了华北克拉通及其东邻西太平洋活动大陆边缘地区的上地幔速度结构模式图,并据此探讨克拉通岩石圈减薄与西太平洋活动大陆边缘的深部动力学联系.本文认为,太平洋板片的俯冲（断离）,触发热地幔物质上涌并在上覆地幔楔中形成对流,使克拉通岩石圈受到改造（底侵与弱化）.随着俯冲板片后撤,地幔楔中的对流场以及对岩石圈改造的影响范围均随之东移,最终导致华北克拉通岩石圈自下而上、从西向东分三个阶段依次拆沉减薄.这一模式能很好地解释现今克拉通岩石圈自西向东呈台阶状减薄的深部现象.     

2019年西藏墨脱MS6.3地震震源参数及其构造意义

北京时间2019年4月24日04∶15,西藏自治区林芝市墨脱县发生了M_S6.3地震,该地震位于印度板块与欧亚板块俯冲碰撞的东北犄角地区,构造背景十分复杂.本研究基于我们在东喜马拉雅构造结地区架设的宽频带地震台站记录的近震波形数据,结合中国和国际地震台网的波形和到时资料,对该地震的震源位置、震源机制解和破裂过程进行了重新确定.结果显示,此次墨脱6.3级地震发生在（94.56±0.01°E,28.41±0.01°N）,震源深度为地表以下13.3±1.6（或海平面以下11.5±1.6）km.震源机制解走向/倾角/滑移角分别为202°/17°/20°,震源破裂较大的位置主要集中在初始破裂点NNE侧约5 km附近.结合其他地球物理和地质学资料,我们推测该地震位于主喜马拉雅逆冲断裂发生近90°突然偏转的大拐弯地区,桑构造结相对于其西侧南迦巴瓦构造结的西向俯冲和北向推挤是该地震发生的主要构造背景.     

基于三重震相方法探测日本海俯冲区地幔转换带的速度结构

本文基于中国数字地震台网记录的发生于日本北海道地区的一次中源地震的三重震相资料研究了日本海俯冲区地幔转换带的速度结构．结果表明,该区域P波速度结构与S波速度结构的一致性整体上较强．冷的西太平洋俯冲板块导致410 km间断面出现了10 km的抬升,660 km间断面出现了25 km的下沉;410 km和660 km间断面之上均存在与俯冲板块相关的高速层;660 km间断面下方存在厚度为65 km的低速异常．纵横波波速比vP/vS值在210—400 km深度范围内偏低,约为1.827,体现出海洋板块低泊松比的特征;在560—685 km深度范围内,该值偏高,约为1.831,可能预示地幔转换带底部含有一定量的水．