南北构造带岩石圈结构与地震的研究

南北构造带是中国大陆东西部大地构造的主要分界,也是大陆内部强烈地震发生的主要地区之一.2008年汶川MS8.0地震发生后,在南北构造带及周边地区进行了大量的野外科学考察、深部地球物理探测和流动地震观测,在岩石圈结构与构造、强震发生的深部构造环境和动力学过程等方面获得了重要的进展.本文综述近年来发表的一批研究成果,包括岩石圈结构的深部地球物理探测和成像,地震层析成像,地震各向异性和壳幔变形,与近期发生的强烈地震相关研究,以及与大陆动力学有关的研究等.自2000年以来,我国建成了具有1000多个地震台站的国家和区域地震台网.它们在实时为地震监测服务的同时,其产出的海量数据还提供用于地球科学研究.一批作者在国内外发表了研究成果,大大提高了对南北构造带的认识.我们虽然取得许多共识性的重要成果,但是也存在一些问题,发现不同作者的结论是相互矛盾的.其原因之一可能是,现有台网的数据成像分辨率和精度仍不足以识别在地壳深处的细节,例如在孕震尺度概念下的地震危险区.加强流动地震观测,提高台站分布的密度,取得高可信度的目标模型是解决问题的重要方面.近年来"中国地震科学台阵观测"计划在南北构造带上实施的大型流动台阵观测,结合固定地震台网的资料,加上高分辨率深部地球物理探测,以获得高可信度的地壳上地幔三维精细结构及物性成像,是提高地震科学和大陆动力学研究水平的一个有效途径.     

青藏高原东缘深部地球物理与大陆动力学研究进展

经过数十年的努力,我国青藏高原深部地球物理与大陆动力学领域的研究呈现蓬勃的发展态势,取得了一系列研究成果.《地球物理学报》以青藏高原为专辑,集中在2017年6期刊发36篇文章,涵盖了青藏高原深部地球物理与大陆动力学方面的一批最新研究成果.这些工作涉及地震特性与大陆动力学、壳幔结构与地震各向异性、深部电性结构及密度结构等研究方向.本文将从这几个研究方向简要介绍收入本专辑论文的研究工作,分享青藏高原深部地球物理与大陆动力学的研究成果.     

青藏高原东部深部构造与动力学机制研究进展——来自第9届与第10届WTGTP研讨会的启示

青藏高原深部构造与动力学机制一直是深部地球物理与大陆动力学的重点研究领域.青藏高原东部地形起伏剧烈，地震活动频繁，金属与油气矿床丰富，揭示出青藏高原东部极为复杂的壳幔结构与深部变形及非常强烈的深部物质运动.近年来，随着地球物理综合观测技术、深部结构成像方法、地球动力学模拟等研究的快速发展，围绕青藏高原东部的深部构造、块体运动、深部动力模式、强震活动与深部蕴震机制及成矿深部构造等方面进展显著.青藏高原东部构造与地球物理研讨会（WTGTP）是围绕青藏高原东部深部结构与动力学机制、资源开发、地质灾害等相关地球科学问题按年度召开的学术交流研讨会.本文基于2021年和2022年召开的第九届和第十届WTGTP的会议报告，结合近年来的相关研究成果，围绕印度—欧亚板块碰撞、构造变形特征与动力学机制以及强震活动与深部蕴震机制等主要内容，介绍了青藏高原东部的地球物理结构及深部构造变形与动力学机制的研究进展.初步展望了青藏高原深部构造与地球物理研究前景，期望能给相关科研人员提供一点有益的参考.     

短周期密集台阵被动源地震探测技术研究进展

近十年来,短周期密集台阵被动源探测技术日益成长为国内外深部结构探测领域的一项重要手段.该技术相较于传统宽频带地震探测具有高分辨、省时省钱、绿色环保等优点.尽管低频信号不足,对岩石圈地幔以深结构探测能力有限,但密集的台站间距使得地壳精细结构成像成为可能;台阵下方不同方位射线形成密集的交叉覆盖,从而可通过反演和叠加偏移等手段获取稳定的壳幔结构图像.因此,短周期密集台阵探测技术已广泛应用于深部速度和界面结构成像,以及矿产资源勘查、火山活动监测、微震精定位、发震断层的几何学和运动学特征研究等多种不同领域.本文系统的总结了短周期密集台阵在地壳结构研究和微震定位检测等方面的研究进展.展望未来,以科学问题为导向,利用天然地震及背景噪声观测、重力测量、InSAR数据、GPS测量等多种地球物理数据,开展联合反演和成像,并提取研究对象的多属性特征正日益成为减少解的非唯一性、揭示地质体真实赋存状态的有效途径;该领域方法技术的迅速提升有望大大促进地震学及地球动力学研究,在深部结构成像、矿产资源勘查等领域具有广阔应用前景.     

中国青藏高原深部地球物理探测与地球动力学研究(1958-2004)

经过半个多世纪的努力,中国学者在青藏高原进行的地壳上地幔地球物理探测工作取得了巨大进展. 累计完成长约45000km的深部地球物理探测工作,取得了许多科学数据,为探讨高原地壳上地幔结构、隆升机制和动力学研究奠定了基础. 为比较全面反映中国学者多年来的工作成果,作者广泛收集资料,总结了中国学者在青藏高原地壳上地幔地球物理探测工作程度,并按照方法分类绘制了系列工作程度图. 文中分别对地壳结构、上地幔的横向不均匀性、岩石圈的电性结构、青藏高原隆升机制、青藏高原地球动力学模型等几个方面所取得的主要成果做了概略的评述. 已有资料表明：青藏高原的莫霍面埋深变化较大,且在几条重要缝合带莫霍面两侧都有断错;根据目前的探测结果,高原在20±5km埋深范围内普遍存在壳内低速高导层,速度一般为56～58km/s,电阻率约为1～10Ω·m,厚度一般为5～10km,但横向分布不连续. 低速层与高导层的深度、厚度在趋势上一致,但不十分吻合.天然地震的研究结果表明,组成高原各个地块内部的地震各向异性方向大致相同,各地块的分界处各向异性方向往往有明显的变化;虽然对高原隆升机制还存在不同的看法,但至少认为高原是多期隆升、多种机制共同作用的结果这一点已达成共识. 综合已有的地球物理调查成果,结合地质地球化学资料建立的高原地球动力学模型,形象地表达出青藏高原岩石圈的双向挤压变形模式. 这些工作为研究青藏高原隆升和变形机制提供有价值的信息.     

多种地震方法探测青藏高原东北缘地壳上地幔结构的研究进展

青藏高原东北缘地区在地形上处于青藏高原隆起区的东北边缘,青藏高原块体、鄂尔多斯块体和阿拉善块体交汇于此,是整个高原向大陆内部扩展的前缘部位,也是其最新的和正在形成的高原重要组成部分.区域内新生代构造变形和地震活动强烈,是研究青藏高原隆升、构造变形,探讨强地震发生的深部环境的最佳场所.为研究青藏高原东北缘地壳上地幔深部结构构造特征,近些年来开展了大量的地球物理探测工作.笔者收集了近三十年来在青藏高原东北缘展开的人工地震和天然地震观测工作,综合论述了人工源地震探测方法和天然地震成像方法(主要包括接收函数方法、地震层析成像方法、SKS剪切波分裂分析等)的发展和不同地震探测方法所取得的关于青藏高原东北缘壳幔速度结构、莫霍面形态、地壳上地幔各向异性研究等所取得的成果,总结分析了青藏高原东北缘地壳上地幔结构特征方面已达成的的一致观点以及有待进步一研究之处,并对比分析了不同方法之间的差异之处.     

中国岩石层结构研究的回顾与展望

总结近50年来中国岩石层结构研究的主要成果在全面回顾我国在深部地球物理探测和用天然地震资料进行岩石层结构研究工作的基础上，论述在大陆岩石层结构和地球动力学、强烈地震发生的深部构造环境以及与国民经济有关的深部构造问题等方面的新进展最后，提出这一领域进一步发展的关键问题，并展望前景     

中国及邻域强震震后变形监测及岩石流变性质研究

大地测量技术观测的震后变形是地壳和地幔岩石对同震应力扰动的变形响应,震后变形的强度及时空演化特征主要受断层面的摩擦性质、下地壳及上地幔岩石的流变参数等控制。震后大地测量被广泛用于研究断层及深部岩石的流变性质及其动力学过程,是对岩石力学实验、冰后回弹等手段探测结果的检验和补充。本文回顾性地总结了中国及邻域中强地震震后变形监测成效,这些震例主要集中在青藏高原内部和边界带。通过对包括昆仑山口西地震、汶川地震和尼泊尔地震在内的发生在青藏高原及周缘的强震震后变形机制、岩石圈流变参数约束等方面的研究,大大提升了对青藏高原不同区域深部岩石流变结构和性质的认识,为研究地震周期变形、地震危险性、青藏高原的形变模式、高原演化动力学提供了观测依据和定量参数。同时,指出进一步约束青藏高原深部岩石流变参数,一方面需要进一步提高西部地区连续GNSS监测能力,另一方面需要与地球物理成像技术进行融合。     

青藏高原东北缘地壳地震各向异性研究进展

青藏高原东北缘是青藏块体与华北块体的接触前缘部位,是研究青藏高原隆升扩张和深部动力学问题的重要区域。本文收集了青藏高原东北缘及其邻区由不同方法和不同资料获得的地壳地震各向异性结果,介绍了中上地壳和全地壳各向异性特征;结合区域地质构造、地表运动、构造应力和深部结构,分析了研究区域地壳各向异性的区域分布特征及其与地质构造的关系。结果表明,青藏高原东北缘地震各向异性存在明显的横向区域差异性,体现区域深部构造和地壳介质变形的复杂性;上地壳与全地壳的垂向差异性,反映出该区域可能存在各向异性分层现象。由于青藏高原隆升在其东北缘的伸展边界、物质运移及深部动力模式等尚处在探讨之中,结合多种数据并综合多种方法分析,有助于获得精细、准确的地震各向异性信息,为研究青藏高原隆升演化机制和深部动力模式提供有效的约束。     

青藏高原及其周缘地区各向异性研究进展

首先简要介绍了青藏高原目前主流的4种动力学模型, 即俯冲模型、 碰撞模型、 挤出模型和拆沉-板片断离模型. 然后概述了青藏高原及其周地区各向异性的研究进展, 展望各向异性研究的方向, 并着重探讨了各向异性研究中需要重视的几个问题: ① 各向异性的多种来源; ② 各向异性与深部结构的关系; ③ 面波等新方法的应用. 为了更好地定量解释各向异性, 需要了解深部结构与各向异性之间的关系, 发展更加精细的研究手段. 就目前来看, 面波与体波的联合反演可以更好地约束各向异性的分辨率, 而将地球动力学模拟等正演手段与地震波各向异性等反演手段相结合也可能是未来的趋势之一.      

第八届青藏高原东部构造与地球物理研讨会（WTGTP2020）反映的新进展

印度板块与欧亚板块的碰撞是新生代全球最重要的地质事件,由此青藏高原快速隆升,成为了世界第三极,并不断向外扩展,其内部大型断裂体系发育、地质构造复杂、地震及火山活动性强烈。青藏高原东部及其周边地区作为研究高原隆升、深部变形的动力学机制的天然试验场,也是国际地学领域、地球物理与大陆动力学领域的一个重要焦点。本文根据第八届青藏高原东部构造与地球物理研讨会（WTGTP2020）的学术报告,对高原深部结构与动力学研究的一些新进展进行阐述。本次研讨会对青藏高原及其周边地区岩石圈结构、变形机制及物质运移动力学模式等关键问题进行了较为系统的讨论,围绕青藏高原的形成演化历史,从深部构造与岩浆变质响应,到浅部地表过程以及其对资源气候的影响进行探讨研究,将地球深部动力学、地表过程和气候变化等不同圈层的相互作用有机地联系在一起。      

电磁勘探中各向异性研究现状和展望

电各向异性广泛存在于自然界中,已成为电磁勘探资料解释中不可忽视的因素.特别是在一些沉积岩地区,由于层理发育导致地下介质电阻率随电流方向发生变化,表现出很强的各向异性导电性.此时,利用各向同性模型进行电磁数据解释将引起很大的误差.本文回顾了电磁勘探中电各向异性研究的历史,简要介绍电各向异性成因、数值模拟中的数学描述及电各向异性介质中电磁场正反演模拟方法等研究现状,总结电各向异性在大地电磁、可控源电磁、航空电磁和感应测井等方面的最新研究进展及未来的挑战.随着多维电磁数据采集及正反演模拟技术的进步和计算能力的提高,给电各向异性信息提取和应用带来了新的契机.电各向异性研究将在矿产资源勘查、油气存储与运移特征分析、地下水和地热、环境工程地质调查、大地构造及地质灾害预测等方面发挥积极作用.     

川西高温水热活动区深部热结构的地球物理分析

川西高温水热活动区是地热学研究的典型地区之一,该区温泉、热泉点分布广泛,这些温泉大多沿北西-南东向的金沙江断裂、德格-乡城断裂、甘孜-理塘断裂、鲜水河三条主断裂呈条带状分布.对此高温水热活动区开展地热学分析,是研究青藏高原"东构造结"深部地球动力学过程、开发利用川西高原地热资源的重要基础,具有重要的科学研究意义和实际应用价值.本文针对实测氦同位素所发现的壳幔热结构比,依据重力、航空磁法、地震资料,采用反演莫霍面、居里面深度等方法,对川西高温水热活动区的深部热结构进行了分析.同时对中高温热泉密集出露的巴塘、理塘以及康定水热活动区的典型壳幔热流构与深部背景场进行了对比研究.结果表明,地表氦同位素热流估算的深部热流结构与地球物理异常结果保持较好的对应关系.川西地区热流结构中地壳、地幔的热贡献比较接近：巴塘地区平均Q_c/Q=51.38%、理塘地区平均Q_c/Q=54.39%、康定地区平均Q_c/Q=42.42%.川西地区表现出了"温壳温幔"型的深部热结构,但温地壳背景下形成较高地表热流的原因有待进一步研究.     

汶川地震和九寨沟地震断层作用及动力学过程研究进展——纪念汶川地震十周年

2008年5月12日汶川地震（M_S8.0）发生后,各部门组织开展了一系列汶川地震相关的地学研究,包括国家科技专项"汶川地震断裂带科学钻探"项目.经过十年的持续探究,在地震地质、震源物理、地震实验、地震动力学、深部地球物理和长期监测等方面研究取得了一系列重大突破与重要成果.在汶川地震十周年之际,《地球物理学报》集中在2018年第5期刊发39篇文章作为汶川地震十周年专辑,专辑涵盖了汶川地震和九寨沟地震断层作用与动力学过程以及相关领域的一批最新研究成果.这些工作涉及汶川地震断层作用、地震参数及地震动力学数值模拟、汶川地震前地震活动性与多参数异常、晚第四纪构造与地震活动及其地表作用、青藏高原东部壳幔结构与龙门山断裂带深部构造和九寨沟地震等六方面的研究.本文将从这六个研究方向简要介绍收入本专辑论文的研究工作,呈现地震断层作用及动力学过程等研究成果,为深入认识大地震孕育和发生过程提供重要的基础.     

青藏高原东南缘地震各向异性及其深部构造意义

青藏东南缘是青藏高原物质东流的通道,为了更全面了解复杂的岩石圈结构和强烈的变形特征,本文介绍了青藏东南缘岩石圈各向异性的形态,综合其他研究者得到的该区域壳幔各向异性结果,增加了部分新的资料,更新了青藏东南缘岩石圈方位各向异性图像,探讨了区域深部构造意义.
基于近场小震、远震和背景噪声资料计算结果,青藏东南缘地震各向异性展现出独特的区域空间分布和垂向层次性分布形态,展现了3个主要特征.（1）青藏东南缘上地壳各向异性与地表变形测量结果相符,快剪切波偏振方向（即快波方向）呈现与地表运动特征一致的发散性,与主压应力方向一致,但受到地质构造的影响.（2）青藏东南缘下地壳方位各向异性展现了更好的方向一致性,但方位各向异性程度相对较弱,在红河断裂带西北端部和小江断裂带下方有两个下地壳低速区,其方位各向异性程度与上地壳相当.（3）青藏东南缘岩石圈方位各向异性,呈现南、北分区特征,南北分界线大致在26°20'N,快波方向在北部近似为NS方向,在南部近似为EW方向.
本文推测：（1）在26°20'N北侧的上地幔有较厚的高速体,高速体南侧边缘呈现出近EW走向的直立墙形构造,其南侧软弱的上地幔物质在EW方向上流动,导致了岩石圈方位各向异性特征在空间发生突然的变化,快波方向由北部的NS变为南部的EW方向;（2）小江断裂带是现今的华南地块的地壳西边界,但岩石圈尺度的方位各向异性展现出的趋势性表明,华南地块的上地幔物质越过了小江断裂带到达其西侧,揭示了华南地块与青藏地块接触碰撞造成的岩石圈物质变形和上地幔软流圈物质运移的深部图像.地震各向异性能揭示区域深部构造与介质变形的信息,不同观测资料的综合分析有助于获得更清晰的各向异性三维图像.     

喜马拉雅西构造结区深部地球物理场特征剖析

本文基于喜马拉雅西构造结地带区的重力场、电磁波场和地震波场特征,从不同学科的角度对喜马拉雅西构造结区深部地球物理场做了分析.不同学科的研究成果表明,西构造结区不仅存在着令人瞩目的中、深源地震,而且其重力场、电磁波场和壳、幔地震速度结构存在着高度的非均匀性.这不仅表明其在不同演化阶段和不同物质组成先后参与了岛弧与大陆、大陆与大陆碰撞的造山过程及其导致的横向结构特征的显著差异上,同时也反映出这种复杂过程在对深层演化进程所带来的影响,故导致了西构造结区的形成和长期演化的复杂过程.显然西构造区的介质属性、构造格局和深层过程均制约着、并强烈影响着高原西北缘及其西部的深、浅构造组构和运动学与动力学响应.故在青藏高原的动力学模型构建中占有着重要地位.由于西构造结区深部结构和动力学研究工作尚少,而又因自然条件和政治环境的制约,故该区深部物质与能量的交换和其物理-力学过程等核心问题尚有待于加强研究和探索.