利用远震P波接收函数研究中国福建地区地壳厚度和泊松比

地壳厚度和泊松比是反映地壳结构和内部物质组成的重要参数,能够为区域构造和动力学研究提供重要依据.本文基于福建地区分布相对均匀的88个测震台2014—2017年的远震波形数据提取P波接收函数,采用H-κ叠加获得台站下方的地壳厚度和泊松比,并与该地区已有的研究结果进行对比、分析及整合,最终获得了研究区117个观测台站下方的地壳厚度和泊松比,揭示了中国福建地区地壳结构和泊松比变化特征.结果显示:(1)研究区内地壳厚度整体较薄,在27.4~34.3 km之间,平均值为31.4 km.地壳厚度从西北往东南减薄,具有明显条带和块状特征,与地壳主要深大断裂的分布有一定相关性.本文以更为密集的台站结果进一步验证了研究区具有由陆壳向洋壳逐渐减薄的过渡特征,并揭示了地壳新的局部起伏.这也意味着福建地区从内陆到沿海并非线性减薄,存在小尺度横向非均匀性.(2)研究区内泊松比平均值为0.25,范围为0.20~0.30,北部整体偏高,南部整体较低,泊松比分布特征与该区地壳物质组成和矿物含量密切相关.沿海地区泊松比明显高于内陆地区,推测与沿海地区较高的热流值和幔源物质底侵过程有关.(3)地壳厚度与泊松比成负相关,推测在地壳伸展背景下,古太平洋板块俯冲华南大陆,幔源物质进入地壳,在造成莫霍面抬升的同时提高了泊松比.     

基于远震P波接收函数研究江苏地区地壳厚度和泊松比

根据江苏数字地震台网32个宽频带地震台站记录的远震波形资料,使用时间域反褶积的方法提取P波接收函数,由H-K叠加搜索方法反演得到各台站下方的地壳厚度和泊松比。结果表明:①江苏地区地壳厚度整体呈现自东向西增厚趋势,具有明显的空间分布特征,与该区地质构造背景有较好的对应。主要表现为:苏鲁造山带地区地壳厚度高于其周边地区;华北板块的地壳厚度变化比较平缓,主要为32～33 km;下扬子板块地区的地壳厚度变化较大,为27～34 km,位于该区中东部大陆边缘地区的台站下方平均地壳厚度约为28 km。②研究区泊松比为0.22～0.28,受高压和超高压变质岩带影响,苏鲁造山带及周边地区的泊松比较高;下扬子板块的茅东断裂及周边地区的泊松比变化明显,呈高低相间分布,且泊松比高值区及变化明显区与地震活动性具有一定的关系。     

利用接收函数研究河南及邻区的地壳深部构造特征

本文利用接收函数反演了河南及邻区26个宽频带地震台站下方的地壳厚度和波速比。研究结表明:河南省地壳厚度及泊松比分布与地质构造密切相关。主要表现为:(1)太行山断块,地壳厚度由东向西逐渐递增,地壳深度范围为31.8~40.2km,区域东北部永年台及附近台站泊松比为0.23~0.25,与较大范围的花岗岩分布有关,主要是石英、长石含量高,焦作台、涉县台、浚县台泊松比为0.26~0.27,表明铁镁质和长英质成分含量相当。(2)东部黄淮海平原块地,地壳厚度为28~34km,其中驻马店台、尖山台和浚县台,地壳厚度分别为30.5km、34.9km和31.8km,该地区泊松比变化范围比较稳定,数值在0.24~0.25之间。(3)在秦岭地块断裂活动强烈,卢氏台下方的地壳厚度为38.4km、泊松比为0.23,反映出燕山运动使该地区地壳盖层产生了褶皱台隆和地幔酸性岩浆的侵入活动。南阳盆地北部地壳厚度反演结果为28.8km,泊松比为0.29,泊松比升高,表明以中性、基性岩石为主,地壳岩石中铁镁质成分明显增加,是由于地幔物质深度侵入改变了部分地区的岩石性质。(4)大别山地块位于苏鲁-大别超高压变质带,由大别山北部的商城台向南至大别山地块内的金寨台存在地壳厚度梯度带,地壳厚度从31.8km增加至35.8km,而泊松比由0.27下降到0.24,反映出陆相褶皱带内的逆冲推覆构造的显著特征。     

首都圈地区的地壳厚度及泊松比

利用2002~2003年中国地震局地质研究所台阵实验室以唐山大震区为中心布设的40个流动宽频带地震台站和首都圈数字台网的107个固定台站的远震数据,采用接收函数叠加搜索方法测定了首都圈地区地壳厚度和平均泊松比.综合利用首都圈数字地震台网的宽频带和短周期台站,以及流动地震台阵的观测数据,使我们的结果具有较前人更好的空间分辨率,为我们研究首都圈地壳的变形及其与地震的关系提供了重要的数据平台.结果表明: (1)首都圈地区地壳厚度和泊松比具有明显的横向分块特征,并与断层切割的地质块体有较好的相关性,地壳厚度变化形成了由涵盖北京—三河—唐山的NE向地壳厚度变化过渡带与张家口—北京—天津的NW向壳幔界面凹陷带构成的交汇构造,后者与所谓的张家口—渤海地震带基本吻合,而且本文给出的深部构造背景与首都圈地区的NE向和NW向地震带的交汇特征相吻合;(2)首都圈地区地壳厚度具有较大的差异,区域内地壳厚度的变化达15 km.其中,台站SZJ下方地壳厚度达到43.8 km,而台站BDH下方地壳厚度仅为28.8 km,总体上研究区西北侧的张家口—怀来地区的地壳厚度较大(~40 km),而唐山以东地区地壳较薄(28~32 km);(3) 研究区地壳的平均泊松比值为0.26左右,其最大值偏离泊松介质（σ=0.25）21%以上,而最小值偏离标准泊松比值9.6%,北京周边地区被高泊松比的介质环绕,而唐山东侧为低泊松比介质,地壳泊松比的分布特征反映了华北克拉通裂解过程中地幔物质的侵入;(4)研究区中强地震大多发生在地壳厚度和泊松比变化的陡变带,且偏于低泊松比的一侧,首都圈地震的成因仅考虑由于板块作用引起的水平应力场是不够的,有必要充分重视由于上地幔变形引起的地壳垂直变形和上地幔物质侵入造成的地壳变形运动与热效应.     

鲁甸M_S6.5地震震源区地壳结构及孕震环境研究

本文利用由中国地震局在鲁甸地震震区附近架设的35个流动观测台站记录的远震事件记录,采用接收函数H-k扫描方法和CCP叠加成像方法获取了鲁甸地震震源区的地壳精细结构,结果显示鲁甸地震发生在地壳厚度和泊松比变化较剧烈的地区.昭通断裂西南段和东北段地壳物质组分差异明显,西南段断裂两侧地壳组分均显示为中泊松比分布,东北段断裂两侧泊松比从低泊松比快速变化为高泊松比,表明东北段西南侧壳内含有更多铁镁质组分,造成昭通断裂西南段和东北段对青藏高原下地壳物质向东南运移的阻挡有所差异,导致壳内应变积累,从而引起鲁甸地震的发生.在震源区地壳内部存在的低速层,可能为此次地震提供了可能的孕震环境.鲁甸地震与芦山地震虽然均没有产生明显的地表破裂带,但两者的震源机制以及孕震环境存在着明显的差异.本文也认为未来应关注青藏高原东缘断裂的历史地震空段发生大地震的可能性.本文研究结果对于理解青藏高原东缘区域的孕震背景具有一定的意义.     

运用H-k扫描和人工读取震相到时两种方法对比研究云南地区地壳结构

利用云南及其邻区59个宽频地震台站记录到的30°~100°远震资料,采用P波接收函数方法对云南地区的地壳厚度和地壳平均泊松比分布进行分析。研究结果显示:用H-k扫描和人工读取震相到时两种方法得到的云南地区地壳厚度和泊松比分布情况较为吻合。研究区域内Moho面埋深南浅北深,横向变化达30~40 km。在川滇菱形块体东南缘,地壳厚度等值线呈东南向舌状突出。泊松比呈块体分布特征,断裂两侧差异显著。高泊松比的分布主要集中在滇缅泰块体内和研究区域北部以及小江断裂附近,这与该区处于印度板块与欧亚板块碰撞俯冲前缘的特殊地理位置有关。     

用接收函数方法研究汶川和芦山地震之间未破裂段的地壳结构

芦山与汶川地震之间存在约40 km的地震空区.震源区和地震空区的深部构造背景的研究对深入了解中强地震的深部孕育环境及地震空区的地震活动性具有重要科学意义.利用本小组布设的15个临时观测地震台以及21个芦山科考台站和21个四川省地震局固定台站记录的远震数据,用H-K叠加方法得到各个台站的地壳厚度和平均泊松比,并构建了接收函数共转换点(CCP)偏移叠加图像以及反演得到台站下方的S波速度模型.我们的结果揭示了震源区和地震空区地壳结构特征差异:(1)汶川震源区的地壳平均泊松比为~0.28;芦山震源区为~0.29;而地震空区处于泊松比变化剧烈的区域;(2)汶川地震与芦山地震的震源区以西下方的Moho面呈现深度上的突变(这与前人的研究成果基本一致),分别从~44 km突变到~59 km,~40 km突变到~50 km,而地震空区地壳平均厚度呈现渐变性变化;(3)地震空区Moho面下凹且具有低速的上地壳.综合一维S波速度结构和H-k以及CCP的初步结果,这可能显示汶川地震的发震断裂在深部方向上向西倾斜并形成切割整个地壳的大型断裂;芦山地震则可能是由于上、下地壳解耦引起的;而地震空区处于两种地震形成机制控制区域的过渡带中.     

华北地区中东部岩石圈挠曲与均衡特性以及地震活动性分析

华北地区中东部涵盖北京、天津以及即将建设的雄安新区等大型城市,区内发育了张渤地震带等多条大型活动断裂,地震活动性较强,历史上发生过多次6级以上地震.本文利用Fan小波的布格重力异常一致性方法研究该区的岩石圈有效弹性厚度和均衡调整初始加载比分布,同时基于均衡调整方法计算该区垂向构造应力分布,并将以上结果与历史地震活动进行统计分析.岩石圈挠曲分析表明,华北地区中东部的岩石圈有效弹性厚度为10~65 km,分布特征为自东南向西北逐渐减小.均衡调整初始加载比为0.5~0.8,表明现今的岩石圈挠曲状态主要由莫霍面加载形成.该区地壳承载的垂向构造应力约为-20~20 MPa,中西部地区垂向构造应力向上,东北和西南地区向下.统计分析结果显示,华北地区中东部的地震活动性随着岩石圈有效弹性厚度和均衡调整初始加载比的增加而减弱,垂向构造应力零值区域地震活动性较弱.雄安新区的岩石圈有效弹性厚度大约为15 km,均衡调整初始加载比为0.5~0.6,垂向构造应力为15~20 MPa,岩石圈参数对应的地震活动性较强,相关结果对于新区建设具有一定参考价值.     

滇西北地区地壳厚度与泊松比分布及其意义

利用滇西北地震亚失稳观测实验区43个密集观测台站记录的2018年4月5日—12月30日远震三分量波形数据,计算并分析滇西北地区的地壳厚度和泊松比变化情况。结果表明:①研究区的地壳厚度总体呈现北深南浅的变化特征,且形成以云龙、蝴蝶泉—阳和、岩曲—羊窝棚—哨横为中心的3个莫霍面隆起区,在26°N附近形成一个向南的舌状突出,呈现两隆两凹状的莫霍面结构;②研究区泊松比为0. 209～0. 328,整体被2条对角线分隔呈四象限分布,北、南两区是高泊松比(σ 0. 28)地区,推测地壳物质富含铁镁质成分,西、东区为低泊松比(σ0. 26)区域,地壳物质可能富集长英质成分;③云龙、蝴蝶泉—阳和以及南涧—红土坡地区的高泊松比(σ 0. 3)可能是上地幔物质底侵致使下地壳物质部分熔融引起;维西—乔后—巍山断裂北段的通甸—建基村,其与龙蟠—乔后断裂交汇的丰乐—禾头,以及维西—乔后—巍山断裂中段的脉地—紫阳村—瓦窑—太邑—岔河,是泊松比高梯度带,具备发生中强以上地震的孕震环境。     

芦山与汶川地震震区地壳上地幔结构及深部孕震环境

雅安芦山Mw6.6级地震,是汶川7.9级地震之后龙门山地区的又一次强震,给当地的社会经济发展和生态环境带来了巨大的破坏.本文借助全国地震台网连续波形数据,使用背景噪声层析成像方法和远震接收函数分析方法,获得了震区及其周边地区精细的S波速度结构和地壳厚度、泊松比分布情况,进而分析了龙门山断裂带及邻区深部孕震环境.研究结果发现:(1)龙门山断裂带两侧剪切波速度和地壳厚度有非常显著的差异;(2)芦山和汶川地震均位于地壳厚度和波速结构变化剧烈之处,断层的破裂面和余震的分布均处于地震波横向速度梯度和地壳厚度的横向梯度跳变的地区;地震深度处于从均匀波速结构向非均匀波速结构过渡区域;(3)汶川地震及其余震发生在泊松比较低的地区,而芦山地震及其余震发生在高泊松比的地区.我们推测,横向的显著速度变化,以及地壳厚度和地形高度的巨大差异所产生的重力势能等作用可能在一定程度上构造成了龙门山断裂系上大地震的孕震环境,而龙门山断裂带南北段岩石泊松比的差别,可能是导致汶川地震余震空间分布和芦山地震延后5年发生的原因.     

秦岭造山带与南北相邻地带远震接收函数与地壳结构

从2013年3月至2014年11月,我们布设了一条延川—涪陵的流动宽频带地震台阵,剖面由70个流动台站组成,全长约900km,穿越华北克拉通、秦岭—大巴造山带和扬子克拉通东北缘陆内三大构造单元.利用记录到的远震波形资料,提取得到5638个远震P波接收函数,使用H-κ叠加扫描和CCP偏移叠加方法刻划了秦岭造山带与南北相邻地带的地壳厚度、泊松比以及构造界带.研究结果显示,(1)关于地壳厚度:地壳最厚的区域出现在大巴山,地壳厚度集中在47~51km之间,秦岭的地壳厚度相对大巴山较薄,且呈向北减薄趋势,集中在37~46km之间,渭河盆地地壳厚度为本区域最薄地带,在34°N左右处达到最薄为35km,剖面北侧的南鄂尔多斯盆地的地壳厚度变化缓慢,多为44km左右,南侧的四川盆地东北缘的地壳厚度向南缓慢减薄,集中在42~48km之间;(2)关于泊松比:使用接收函数H-κ叠加扫描法得到了沿剖面各台站下方地壳的平均纵、横波速度比VP/VS(κ),进一步计算得到泊松比σ,泊松比具有明显的横向分块特征,秦岭造山带的泊松比明显低于南北两侧区域,其小于0.26的泊松比表征着该区域地壳物质组分主要为酸性岩石,亦即其酸性长英质组分上地壳相对于基性铁镁质组分下地壳较厚,该区域没有高泊松比分布则表明不存在广泛的部分熔融.(3)关于构造界带:秦岭—大巴造山带与扬子克拉通的边界并非在勉略构造带,应向南移至四川盆地的东北缘,华北克拉通和扬子克拉通分踞秦岭—大巴造山带南、北两侧,且分别以较陡倾角向南和相对较缓的倾角向北俯冲于秦岭—大巴造山带之下,使得秦岭—大巴造山带呈不对称状扇形向外扩展与向上抬升的空间几何模型.秦岭和大巴山之间33°N附近存在分界面,两区域地壳厚度与泊松比特征各异.     

南北地震带地壳结构多参数成像及强震触发机制研究

通过反演由大量的纵、横波地震数据组成的综合数据集,获得了南北地震带地壳的多参数三维精细结构,探讨和分析了南北地震带的高地震活动性和强震频发的原因.成像结果表明,尽管1976年松潘一平武地震(M7.2)与2008年汶川地震(M8.0)以及2013年芦山地震(M7.0)均发生在高速、低泊松比异常区域,并且在其震源的下方均有一低速、高泊松比异常区域.我们认为,上述三个地震的触发与流体侵入导致的地壳形变之间有密切的联系.1955年炉霍地震(M7.4)和1973年康定地震(M7.1)均发生在鲜水河断裂带上,其震源中心区域表现为低速、高泊松比异常,可以解释为下地壳中的流体沿断层面上涌.在震源区的周边区域兼有高速、高泊松比异常,低速、高泊松比异常以及高速、低泊松比异常,可能分别与含流体的岩石、沿断裂带发育的变质岩以及坚硬的克拉通块体对应.流体的侵入不仅能够改变断层面上的应力情况,还能降低岩石骨架的岩石力学强度,进而触发地震.1970年云南通海大地震(M7.1)发生在哀牢山一红河断裂带附近的曲江断裂上,其震源处于高速度、低泊松比异常与低速度、高泊松比异常之间的边界区域,被认为是流体挤压后的应变能积累,最终导致脆性破裂,以至于发生地震.根据本次研究获得的多参数结构图像,结合前人的研究成果,我们认为南北地震带地壳强烈形变与流体侵入是造成该区域地震活动性较高及强震频发的两个主要因素.     

S-wave velocity and Poisson''''s ratio structure of crust in Yunnan and its implication

Receiver function of body wave under the 23 stations in Yunnan was extracted from 3-component broadband digital recording of teleseismic event. Thus, the S-wave velocity structure and distribution characteristics of Poisson's ratio in crust of Yunnan are obtained by inversion. The results show that the crustal thickness is gradually thinned from north to south. The crustal thickness in Zhongdian of northwest reaches as many as 62.0 km and the one in Jinghong of further south end is only 30.2 km. What should be especially noted is that there exists a Moho upheaval running in NS in the Chuxiong region and a Moho concave is generally parallel to it in Dongchuan. In addition, there exists an obvious transversal inhomogeneity for the S-wave velocity structure in upper mantle and crust in the Yunnan region. The low velocity layer exists not only in 10.0-15.0 km in upper crust in some regions, but also in 30.0-40.0 km in lower crust. Generally, the Poisson's ratio is on the high side, however it has a better co     

华北地区地壳厚度与泊松比研究

华北地区地壳结构和物理性质是研究华北克拉通破坏机制的重要依据.本文通过收集分布在华北克拉通区域的323个宽频带地震台记录到的2007年8月到2009年3月间发生在全球范围内6.5级到8.5级的共93个远震事件的波形资料,较完整地得到了华北及其周边区域台站下方的接收函数、地壳厚度和泊松比分布情况.研究发现:(1)华北克拉...     

云南腾冲火山区地壳及岩石圈厚度研究

使用云南腾冲火山监测台网9个宽频带地震台站的远震数据,采用P波和S波接收函数的方法研究了腾冲火山区的地壳厚度、泊松比值以及岩石圈和软流圈分界面(LAB)深度.研究结果表明:1)云南腾冲火山区的地壳厚度约在33.5~38.0km之间;2)火山区的泊松比主要集中范围为0.26~0.32,其中6个台站均大于0.29,推测与地壳镁铁质成分的增加有关并且可能存有2个岩浆囊;3)火山区的岩石圈厚度在78.2~88.0km,较周边地区明显隆起且横向差异较大.腾冲火山区岩石圈的明显穹隆,由软流圈上涌(地幔热物质上升)引起岩石圈的拉张与减薄所致.     

中国南北地震带北段及其周缘地壳厚度与泊松比研究

本文利用中国地震科学探测台阵2013-2015年在南北地震带北段及其周缘架设的673个台站所记录到的远震波形所提取到的接收函数并应用H-κ扫描方法获取了南北地震带北段及其周缘的地壳厚度和泊松比,结果显示研究区地壳厚度从青藏高原东北缘向鄂尔多斯块体逐渐减小,从65 km逐渐减薄至40 km,不同块体之间地壳厚度存在明显差异.祁连造山带西部地壳厚度超过60 km,而东部地壳厚度仅为约50 km左右,表明祁连造山带东、西部地壳增厚变形存在着明显差异.西秦岭造山带地壳厚度从60 km减薄到40 km,其东部具有较薄的地壳厚度可能经历了拆沉.阿拉善块体作为华北克拉通西部块体的一部分,西部地壳厚度约50 km,而东部约45 km,表明阿拉善块体西部由于印度一欧亚板块碰撞也受到了活化改造,其克拉通性质只在其中东部残留.研究区泊松比变化范围为0.20~0.31,平均泊松比约0.25,表明地壳主要由长英质矿物组成,较高的泊松比主要分布在六盘山断裂带和银川一河套地堑.研究结果显示地壳厚度与高程之间具有较好的相关性,表明地壳整体上处于相对均衡的状态,而西秦岭造山带和祁连造山带东部的部分区域地壳可能处于不均衡状态.     

利用远震接收函数探测四川盆地及周边地区的地壳结构

青藏高原东南缘的龙门山断裂两侧具有陡峭的地形特征,在约50~100 km的水平距离内,地形高程从2000 m增加到4000 m,该区强烈的壳幔变形特征及地球动力学模式一直是研究的热点问题.本文从四川地区49个固定台站记录的远震资料提取了P波接收函数,获得了四川盆地及周边的地壳厚度和泊松比,并以此构建反演的初始模型.在线性反演的基础上,引入了分别拟合低频和高频接收函数的两步反演技术,用以反演台站下方的地壳S波速度结构.数字试验表明,该方法可以有效抑制接收函数反演的不唯一性,为了得到最优解,最后用Bootstrap重采样技术估计解的不确定性.结果表明,四川盆地的地壳厚度在40~46 km,松潘-甘孜块体北部的地壳厚度为46~52 km,而南部增厚到50~60 km.从四川盆地向西跨过龙门山断裂,地壳厚度增加了10~15 km.在四川盆地及周边地区,地壳泊松比在0.26~0.32之间,呈块体分布特征,高泊松比（0.28~0.32）主要沿龙门山断裂以及安宁河-小江断裂分布.地壳S波速度结构表明,来自青藏高原中部的中下地壳低速层可能受到了坚硬的四川盆地阻挡,改变原来的运动方向并沿龙门山断裂展布,由于低速层的囤积导致该区地形陡峭和下地壳增厚.     

接收函数、面波与重力联合约束地壳厚度与波速比

提出了一种利用接收函数、面波频散和重力数据联合约束地壳厚度、v_P/v_S和平均P波速度的改进方法,并基于两种地壳模型对改进后的方法进行了验证。结果显示,改进后的方法不仅可以提高地壳厚度和波速比的估计精度,还能更准确地估计地壳平均P波速度。在此基础上,将该方法应用于华南地区两个固定台站的地壳结构分析,相关结果也证实了该方法在确定地壳结构中的可行性。      

南岭-武夷交汇区的深部背景及地壳泊松比

为研究南岭-武夷交汇区深部动力学过程提供深部背景资料和科学依据,本文利用远震P波接收函数H-κ叠加和共转换点（CCP）叠加两种方法获取了研究区66个宽频带流动台站及24个固定台站下方的地壳厚度、泊松比和Moho面起伏形态,揭示了扬子地块与华夏地块地壳结构及泊松比变化特征,给出了南岭和武夷之间一条莫霍凸起带的高分辨图像.
结果显示：（1）研究区内地壳厚度平均值为31.2 km,泊松比平均值为0.23,总体呈现薄地壳、低泊松比的特点.地壳厚度从西北往东南由厚变薄,与区域地壳伸展特征相一致.（2）在韶关-赣州-吉安-南昌一线存在条带状薄地壳结构,平均值为28 km,呈南西-北东向展布,对应的泊松比值略微升高.推测地壳减薄带的形成可能与来自南海方向的地幔热流上涌有关.（3）江南造山带的泊松比整体偏低,存在两处平均值小于0.21的区域.华夏地块内地壳厚度与泊松比之间存在弱的负相关,表示随着地壳厚度的增大,铁镁质的下地壳厚度在整个地壳厚度中所占的比例减小.     

利用双差成像方法反演青藏高原东北缘及其邻区地壳速度结构

利用区域尺度双差层析成像方法,使用2009年1月至2017年2月的近震资料,对青藏高原东北缘及其邻区内记录到的地震事件进行震源位置和三维速度结构的联合反演.重新定位后震源空间位置得到明显改善,浅层的地震波速与地形和沉积层厚度对应较好,研究区地震主要发生在河西走廊过渡带的低泊松比区域.本文将研究区分为五个区域并分别对其层析成像结果进行了讨论,结果显示研究区不同地块之间地壳结构变化明显,地壳物质整体呈酸性,青藏高原东北缘地壳增厚可能主要发生在中下地壳.