长白山天池火山区基底结构研究

利用在长白山天池火山区布设的 4条深地震测深剖面和 1个三维地震透射台阵的Pg波资料 ,用有限差分方法反演了该地区的基底速度结构。对该地区的基底速度结构特征及P波速度5 9～ 6 0km/s所对应的结晶基底的界面形态、深度等进行了讨论。反演结果表明 ,长白山天池火山区基底深度变化不大 ,一般为 2 .0～ 3.0km ,最深处位于天池火山口下和二道白河 -池西之间 ;最浅处位于松江附近 ,约为 1.5km。同时发现天池火山口下及二道白河 -池西保护站之间是两处低速区 ,结晶基底深度为 4 .0km ,其中二道白河 -池西保护站之间的低速区对应于地质构造上的地堑构造。提出基底速度横向变化剧烈和基底深度突变的特征可以作为断层存在的一种标志     

基于时间项反演的芦山震区基底结构研究

四川省芦山县境内发生地震以后,中国地震局部署芦山地震科考,沿宜宾―芦山―金川线布设一条长400 km的人工地震宽角反射/折射和高分辨地震折射综合探测剖面,沿剖面进行了8次吨级以上人工爆破激发。根据获得的Pg波数据资料,利用时间项方法对沿线8炮Pg波走时进行反演,沿线不同区段取地壳顶部上覆介质相应的平均速度值,经反演得到了沿剖面各点深度值,给出了震区两侧下方沿剖面结晶基底起伏变化特征。研究结果表明:剖面东南段的盆地地区(50~250 km桩号)基底埋藏较深(地表以下约3~5 km),覆盖层较厚;进入隆起区(250~450 km桩号)结晶基底埋深逐渐减小,变化在0~3 km,沿剖面的多个位置基底埋深都出现了不同程度突然抬升或下降,基底界面变化与已知断裂位置相互对应。     

长白山-镜泊湖火山区地壳结构接收函数研究

利用71个远震的波形资料,用接收函数方法提取了布设在长白山—镜泊湖火山区的34个宽频带流动数字地震台站的接收函数,通过对接收函数反演,获得了台站下方的S波速度结构.研究结果表明,沈阳—敦化一线莫霍面深度32～33km,向西地壳厚度加厚,到长春附近地壳厚度约为36km.在天池火山口莫霍面深度为达38km,而镜泊湖火山口森林的莫霍面深度约为39km.总体看研究区的地壳厚度是南浅北深.长白山天池火山口附近地下10km左右有一明显的低速层存在;镜泊湖火山口森林附近30km也可能有低速体存在;研究发现莫霍面上S波速度梯度在火山口附近和远离火山口有明显区别.在火山口附近其莫霍面的S波速度梯度比非火山口地区的S波速度梯度明显小,说明火山口下与一般的地壳莫霍面结构有差别.研究发现沈阳—敦化一线两侧的莫霍面深度有较大变化,其位置与地表的敦化—密山断裂基本一致,说明敦化—密山断裂是研究区的一条非常重要的地质构造带.     

长白山天池火山区及邻近地区壳幔结构探测研究

对长白-敦化深地震测深剖面资料利用二维射线追踪程序包进行走时拟合及地震图计算,得到了长白山天池火山区及邻近地区地壳上地幔速度结构和深部构造. 结果表明,以C2界面为标志,研究区地壳可分为上部地壳和下部地壳. 上部地壳厚1-23km,P波速度为6.00-6.25km/s;下部地壳厚12-17km,它是由一个较均匀的速度层和一个厚6-km的壳幔过渡层构成. 地壳厚度由敦化一带31-33km向东南逐渐增厚,至天池火山区最深达3km. 在天池火山区地壳存在低速体,其速度较周围介质低约为0.15km/s. 利用地震剖面探测、地震CT和大地电磁测深等结果显示,在天池火山区地壳内存在低速、低密度及低阻异常体,该异常体可能表明壳内岩浆囊的存在.     

用地震走时反演长白山天池火山地区的二维地壳结构

应用一种同时获得地壳上地幔二维速度结构和界面形态的地震走时反演算法，对在长白山天池火山区L1剖面获得的人工地震折射和宽角反射走时数据进行反演，得到了该剖面的地壳上地幔二维速度结构和构造．结果表明:长白山天池火山口下方中下地壳存在一倒三角状的低速体，壳内反射界面和莫霍面一致呈下凹形态，幅度2～6km不等，形成一个地壳根，推测是长白山天池火山系统．最后将所得结果与SEIS83正演试错模拟结果进行了比较．      

长白山天池火山地区的尾波Q值估计

对1999～2005年间长白山天池火山观测站所有数字化波形记录中震级ML≥0.6的94个火山地震事件,利用频率在1.0～16.0Hz范围内的记录,依据S波单次反散射模型测算了长白山天池火山区的尾波Q值,获得尾波Q值与频率的关系为QC=(47±2)f(0.74±0.01)。假定衰减完全由散射损失造成,则估计得到长白山天池火山区的最小平均自由程为17km,且与所用的频率无关,表明天池火山区下方散射体分布密度较大。     

甘肃天水地区地壳上部二维速度结构成像研究

利用有限差分和不规则网格最小二乘正反演算法,对青藏高原东北缘暨西秦岭天水－武都地区两条高分辨人工地震测深剖面的Pg波走时进行层析成像反演,结果显示该区基底界面起伏较大,构造复杂,断裂丰富、较陡且延伸较大,多数断层切割基底.礼县-西和之间的低速异常反映了沉积盆地的结构特征,结晶基底深度在5 km左右.武山以东速度等值线横向变化明显,表现为褶皱.成县盆地速度变化平缓且速度值相对较高,基底埋深较浅,深度不到3 km.礼县附近存在一条近南北断裂,5 km深度以下有明显的上涌低速异常,可能为青藏高原深部幔源物质上升的通道.     

长白山天池火山区介质非均匀性

高频S波随着传播距离的增大其均方根(RMS)包络逐渐变宽,我们把这种现象称为S波包络展宽现象.S波传播路径上随机分布的非均匀体对S波的多次前向散射和绕射作用是导致S波包络展宽现象的主要原因,因此可用S波包络展宽现象来研究介质非均匀性.本文采用S波包络峰值延时来对S波包络展宽现象进行量化.S波包络峰值延时定义为S波初至与其均方根包络峰值最大值之间的时间差.本文选用长白山天池火山区的小震记录,运用S波包络峰值延时对长白山天池火山口地区的介质非均匀性进行了评价.结果发现长白山天池火山区呈现强烈的介质非均匀性,在0~2 km深度范围内介质非均匀性表现出南部强北部弱的空间分布特征;在2~5 km深度范围内介质非均匀性的空间分布特征与频率具有相关性;天池火山区介质非均匀性具有明显的多尺度特性;强弱非均匀性接触带,往往是地震频发地带.根据地震与非均匀体在空间分布的相对位置,我们认为火山区介质非均匀性可能反映了火山早期喷发堆积物介质结构的差异.     

青藏高原Q值结构反演

利用中美合作在青藏高原布设的11台PASSCAL宽频带数字地震记录的瑞利面波资料,测定了青藏高原东部地区周期为10～130 s范围内的平均瑞利波相速度和衰减系数R；反演了该地区地壳、上地幔的平均S波速度结构和Q结构．结果表明，该地区平均Q值偏低，并在地壳中存在地震波强吸收层．地壳中的低Q层(Q=93～141)位于16～42 km的的范围内,它与S波低速层(21～51 km)基本一致.从地壳下部63 km后，Q值由114随深度逐渐低至上地幔180 km处的34.由地壳内低速层与低Q层相对应可以推测，在该深度范围内可能存在岩石的熔融或部分熔融现象.在反演的S波速度结构中，地壳的平均厚度为71 km，51 km处的下地壳存在一明显的速度界面,96～180 km处的低速层(4.26 km/s)可能与软流层相对应.      

根据地震折射测量解释加州东部Long谷-Mono火山口地区的上地壳结构

1982和1983年夏季期间,在Long谷-Mono火山口地区完成了十条新的地震折射剖面的野外观测工作,该地区位于Sierra Nevada东部和盆地山脉省之间的构造活动带内．本文所提供的四条剖面,给出了下列地区地壳上部7-10km内结构的实例：Long谷破火山口西半部、Mono火山口环状断裂系统、以及Long谷以北和东北的“正常”地壳．这整个区域有一个主要由中生代花岗岩组成的、共同的结晶基底.在地表以下2km深处,P波速度均匀,约为5．6km/s；而在此深度以下,速度大约以0．1 km/s的梯度增加．根据穿越破火山口西部的一条剖面观测到的、清晰的续至波证实了1972年折射剖面的结果：即在附生圆丘(resurgentdome)西缘下方7-8km处有一个反射界面,这可能是一个岩浆房的顶部．对地壳上部2km内细结构的解释得到下列结论： (1)在深度小于2km的结晶基底中,P波速度从3．6变化到5．0 km/s．这种变化反映了基底上部断裂发育程度的差异(2)在Mono火山口环状断裂下方、上部7-10km以内的基底显然是均匀的,这表明：如果那里有大的岩浆房,其深度至少应有10km．(3)在Long谷破火山口西半部地区下方,下降的结晶基底稍微(5-10°)朝东北方向倾斜．这个破火山口的北边、西边和南边,沿着陡倾的破火山口边界断层,视断距为1．0-1．7km,而其北边的断距最大．(4)构成这个破火山口填充物的岩石基本上有三组P波速度：①从地表向下100-400m的速度值为1．2-1．8km/s,其物质组分相当于未固结的河相或湖相沉积、或为非常破碎的流纹岩；②再向下200-400m,速度为2．8-3．1 km/s,相应的物质是有稀疏节理的次火山口流纹岩、流纹英安岩和玄武岩流；③再向下大约1000m,速度为3．9-4．4km/s,其物质为Bishop凝灰岩沉积．     

S-wave velocity structure beneath Changbaishan volcano inferred from receiver function

The S wave velocity structure in Changbaishan volcanic region was obtained from teleseismic receiver func-tion modeling. The results show that there exist distinct low velocity layers in crust in volcano area. Beneath WQD station near to the Tianchi caldera the low velocity layer at 8 km depth is 20 km thick with the lowest S-wave velocity about 2.2 km/s. At EDO station located 50 km north of Tianchi caldera,no obvious crustal low velocity layer is detected. In the volcanic re-gion,the thickness of crustal ...     

长白山天池火山区三维地壳结构层析成像

利用长白山天池火山区三维空间深地震测观测系统所采集的反射P波走时资料,采用层析成像技术,重建了该区地壳界面构造形态和速度分析图像。界面成像结果表明：研究区地壳界面总体上显示了由北西向东南加深的趋势;马鞍山—三道白河断裂和富尔河—红旗河断裂是本区两条主要的深部构造,尤其是马鞍山—三道白河断裂,北北东向穿越天池火山口,其两侧的地壳界面存在明显的错断,预示了该处地壳厚度陡变或深大断裂带的存在,速度成像结果显示在10km深度,明显的P波低速异常分布在天池周围;15km深度上它表现为一个近南北向的P波低速异常条带,其延展尺度南北向为80~90km,东西向30~40km;随着深度的增加,P波低速异常分布在天池西侧,其尺度有明显的缩小,分布范围更加集中,而且低速扰动幅度更大。这种P波速度异常的变化图像在一定程度上反映了天池火山口下方壳内岩浆系统的空间分状况。     

2-D crustal Poisson's ratio from seismic travel time inversion in Changbaishan Tianchi volcanic region

Based on the inversion method of 2D velocity structure and interface, the crustal velocity structures of P-wave and S-wave along the profile L1 are determined simultaneously with deep seismic sounding data in Changbaishan Tianchi volcanic region, and then its Poisson's ratio is obtained. Calculated results show that this technique overcomes some defects of traditional forward calculation method, and it is also very effective to determine Poisson's ratio distribution of deep seismic sounding profile, especially useful for study on volcanic magma and crustal fault zone. Study result indicates that there is an abnormally high Poisson's ratio body that is about 30 km wide and 12 km high in the low velocity region under Tianchi crater. Its value of Poisson's ratio is 8% higher than that of surrounding medium and it should be the magma chamber formed from melted rock with high temperature. There is a high Poisson's ratio zone ranging from magma chamber to the top of crust, which may be the uprise passage of hot substance. The lower part with high Poisson's ratio, which stretches downward to Moho, is possibly the extrusion way of hot substance from the uppermost mantle. The conclusions above are consistent with the study results of both tomographic determination of 3D crustal structure and magnetotelluric survey in this region.     

长白山火山区壳幔S波速度结构研究

利用面波层析成像和远震接收函数方法对长白山地区的地壳上地幔速度结构进行了研究。结果表明:长白山火山区附近存在岩石圈减薄、上地幔软流圈增厚以及上地幔S波速度降低等与上地幔高温物质有关的现象,它表明长白山的岩浆系统一直延伸到上地幔软流圈范围。天池火山区地壳内部存在明显的S波低速层,在离天池火山口较近的WQD台附近,低速层顶部埋深约8km,厚度近20km,S波最小速度约2.2km/s。在距离天池火山北部50km的EDO台地壳中没有明显的低速层。火山区S波速度结构总体表现出距离天池越近,地壳的V_P/V_S越大,低速层的厚度和幅度增加的特征,表明天池火山口附近地壳内部存在高温物质或岩浆囊。CBS台站不同方位的接收函数及反演结果表明,地表低速层厚度以及莫霍面深度存在随方位的变化。地表低速层在南部方向明显较厚,莫霍面深度在南部天池火山口方向存在小幅度抬升。CBS台站附近特殊的近地表速度结构可能是该台站记录的火山地震波形主频较低的主要因素。天池火山口附近莫霍面的小幅度抬升意味着存在与火山作用有关的壳幔物质交换通道     

2-D crustal Poisson’s ratio from seismic travel time inversion in Changbaishan Tianchi volcanic region

Based on the inversion method of 2D velocity structure and interface, the crustal velocity structures of P-wave and S-wave along the profile L ₁ are determined simultaneously with deep seismic sounding data in Changbaishan Tianchi volcanic region, and then its Poisson’s ratio is obtained. Calculated results show that this technique overcomes some defects of traditional forward calculation method, and it is also very effective to determine Poisson’s ratio distribution of deep seismic sounding profile, especially useful for study on volcanic magma and crustal fault zone. Study result indicates that there is an abnormally high Poisson’s ratio body that is about 30 km wide and 12 km high in the low velocity region under Tianchi crater. Its value of Poisson’s ratio is 8% higher than that of surrounding medium and it should be the magma chamber formed from melted rock with high temperature. There is a high Poisson’s ratio zone ranging from magma chamber to the top of crust, which may be the uprise passage of hot substance. The lower part with high Poisson’s ratio, which stretches downward to Moho, is possibly the extrusion way of hot substance from the uppermost mantle. The conclusions above are consistent with the study results of both tomographic determination of 3D crustal structure and magnetotelluric survey in this region. Foundation item: Key Project from China Earthquake Administration and the Project (95-11-02-01) from Ministry of Science and Technology (2001DIA10003). Contribution No. RCEG200401, Geophysical Exploration Center, China Earthquake Administration.     

长白山天池火山研究区地壳三维界面与速度分布联合成像

迅速发展并得到广泛应用的空间深地震测深技术通过采用三维数据采集的观测系统,利用三维层析技术,以求获得区域地壳三维分层结构和三维速度分布图像。它与传统的二维宽角反射－折射剖面技术相结合,可以有效地研究区域性地壳结构,特别是壳内深断裂和低速层的空间展布特征。Kanasewich等(1985)给出了利用空间深地震测深资料重建地壳三维界面的方法,我们在其方法的基础之上,进一步提出地壳三维界面和速度分布联合反演的方法。正问题的计算是在Chander(1977)关于三维平界面的快速两点追踪算法上的改进,在获得界面三维反演结果的基础之上,利用剩余走时残差,采用模型不分块反演技术(Tarantola,Nercession 1986)重建地壳三维速度图像。 1998年国家地震局地球物理勘探中心在长白山火山区实施了三维深地震测深观测,目的是研究天池火山的岩浆系统。利用本次实验所获得的780余个PmP波走时数据,采用上述的方法重建了研究区莫霍界面和地壳三维速度分布图像。研究结果表明,本区莫霍界面由北东方向向南逐渐加深,在天池火山口下达最深,并且被一些可能存在的地壳厚度陡变带(或深断裂)所切割。在东西方向莫霍面由西向东缓缓加深,其变化较南北方向缓和。特别值得注意的是,存在着一条近北东方向的莫霍面深度陡变带(或深断裂带)从天池火山口西部穿过,相应位置与马鞍山—三道白河地堑型断裂相一致,该断裂带可能对天山火山喷发时岩浆的运移起到重要作用。深度为15km和25km的P波速度图像表明,在天池火山口下分布着近南北走向明显的低P波速度分布,其南北方向延伸的范围约为80－90公里左右。比较这两个深度上的低P波速度体的分布特点,可以看出这个低P波速度体尺度随深度逐渐变小,但在25km深度处仍清晰可见,这表明该区岩浆自上地幔侵入地壳的“痕迹”,这也意味着,长白山天池火山的岩浆系统极有可能延伸到上地幔或更深一些。     

基于InSAR、GPS形变场的长白山地区火山岩浆囊参数模拟研究

利用差分合成孔径雷达干涉测量技术（DInSAR）获取长白山地区的形变场.结果显示1995~1998年期间,位于长白山东南侧的间白山火山存在6~12 cm的视线向形变,而长白山天池火山处于平静期,没有明显形变.利用2002~2003年的GPS和水准获取的形变数据,分别采用Mogi单源、双源模型反演了长白山地区火山的岩浆囊参数.其中双源模型拟合效果较为理想,两个点源一个位于长白山天池老火山口下方7.9 km处,另一个位于间白山火山下方5.5 km处.对双源模型反演得到的岩浆囊参数进行适当调整,拟合得到与InSAR形变场基本吻合的结果.上述研究结果表明长白山地区火山活动存在时间上的间歇性和空间上的迁移性,为进一步研究长白山地区火山活动机制提供了参考和依据.     

长白山天池火山岩浆系统分析

针对外媒报道长白山天池火山在近2年内有可能喷发的言论,在长白山天池火山区布测了一条长度约为103 km的二维大地电磁测深观测剖面,对火山区深部电性结构进行探测研究.由于研究区内不明来源的电磁干扰非常强,对数据采用了远参考处理、Robust处理、Rhoplus分析、张量阻抗分解和基于一维层状介质电阻率与相位互算方法等先进处理技术,获取到一批在强干扰区质量较为可靠的电磁数据,利用数据计算分析了长白山天池火山区二维构造走向和感应矢量特征,采用NLCG二维反演技术对资料进行了二维反演解释,并将反演结果与前人探测结果进行了对比分析.探测结果表明:在天池火山口下方存在明显的直立型岩浆通道,岩浆通道在下方约5~8 km位置形成关闭;在火山口下方往北方向附近,在埋深位置约7 km深处存在一个明显的低阻异常体,电阻率小于10 Ωm,且与岩浆通道对接,推测其可能是地表浅部发育的岩浆囊;在长白山山门附近C07-C09号测点之间和C04-C05号测点之间,在埋深约7~17 km深处发现近直立型低阻带,低阻带与下方低阻体直接相连,推测低阻带内赋存有活动的岩浆;随着埋深的增加,从天池火山口南部约20 km位置往北方向,在埋深13~30 km之间壳内广泛发育明显的低阻异常体,推测其可能是活动的岩浆囊.反演结果与前人探测结果整体电性特征相似,但又局部不同.     

长白山天池火山区介质速度非均匀性谱结构

观测和研究表明,非均匀介质RMS(Root Mean Square)速度微扰动ε,特征尺度相关距离a以及幂指数k的空间分布特征可描述介质非均匀性特征.本文选用长白山天池火山区的小震记录,运用S波包络展宽法对长白山天池火山区地壳浅部介质速度非均匀性谱结构进行了研究.结果发现长白山天池火山区地壳浅部介质呈现强烈的介质非均匀...