中国大陆岩石层的方位各向异性

采用理论地震图与观测地震记录直接比较的方法, 研究了中国数字地震台网宽频带记录的SKS震相的剪切波分裂现象, 确定了快速S波的振动方向和慢速S波的时间延迟。结果表明, 对于所分析的8个观测台均发现了明显的S波分裂现象, 时间延迟在0.7s与1.7s之间。这种经过地幔传播的SKS震相的S波分裂现象的主要原因是上地幔的各向异性。上地幔的各向异性可以用应变引起的上地幔中的矿物质的结晶优势排列来解释。根据时间延迟估计的各向异性层的厚度, 与由上地幔中的高导层和低速层所推断的中国大陆下岩石层的厚度大致相符。在大部分台站上, 反演得到的快速S波的振动方向与由亚板块总体形变推测的结果相一致。个别台站具有较大的差异, 说明S波分裂这一观测事实的起因是复杂的。为了进一步解释S波分裂的结果, 还需要更多高质量的观测资料, 以及关于原地介质状态的更详细的信息。      

纳土纳(Natuna)地震台建设及初步结果

简述了在南海纳土纳岛(Natuna Islands)建设地震台站的意义和设备.用获得的首批观测资料,分别采用接收函数方法和ScS波分裂技术反演了纳土纳地震台下面地壳的S波速度结构和各向异性参数.结果表明纳土纳地震台下方地壳厚度约28 km,为典型的陆壳性质,上地幔40～50 km为低速层.纳土纳的地壳快波方向为S62°E,与GPS测量的亚洲南部巽他块体的地壳运动方向一致.     

西太平洋下D区的剪切波各向异性

利用来自汤加—斐济及周边地区发生的47次地震并由中国地震台网中心和IRIS台站记录到的数据，与来自东亚北部及北太平洋地区发生的26次地震并由IRIS台站记录到的数据， 使用ScS-S相对走时分析方法研究了西太平洋下D区的剪切波各向异性， 得到了核幔边界反射点上ScS波径向分量和横向分量的分裂时间， 并计算了D区的地震波各向异性强度. 发现ScS波通过西太平洋下D区时普遍呈现出径向分量走时大于横向分量走时的模式. ScS波的分裂时间值为-0.91~3.21s， 平均值为1.1 s； 各向异性强度值为-0.45%~1.56%， 平均值为0.52%. 观测和分析结果表明， 西太平洋下D区水平流应占支配地位，各向异性结构主要是具有垂直对称轴的横向各向同性介质. 形成这种结构的可能原因是地幔底部水平流导致的核幔边界反应产物或部分熔融物质的形状优选方向, 或下地幔物质的晶格优选方向.      

贝加尔裂谷区地壳上地幔复杂的各向异性及其动力学意义

位于西伯利亚板块东南缘的贝加尔裂谷是最典型的大陆裂谷之一,其形成的动力机制与演化过程一直是地学界争论的焦点.本研究使用一种改进的横波分裂测量方法——全局最小切向能量法,对研究区宽频带固定台站ULN和TLY记录的SKS震相和接收函数PmS震相进行分裂测量,得到了裂谷地区地壳和上地幔的各向异性属性.ULN台的SKS分裂测量结果表明,台站下方存在双层各向异性结构,其中,上层的快波偏振方向为N74°E,快、慢波分裂时差为0.80 s,下层的快波偏振方向为N128°E,快、慢波分裂时差为0.80 s;PmS震相分裂测量结果表明,台站下方地壳内存在单层各向异性结构,其快波偏振方向为N77°E,与SKS分裂测量的上层各向异性的快波偏振方向相近,快、慢波分裂时差为0.26 s,这说明SKS分裂测量的上层各向异性同时包含了地壳和地幔岩石圈.对TLY台进行SKS分裂测量时发现,台站下方上地幔结构表现出横向非均匀性:当反方位角<90°时,快波偏振方向在N60°E左右,快、慢波分裂时差为1.27 s;当反方位角>90°时,快波偏振方向约为N120°E,快、慢波分裂时差为1.40 s;PmS震相分裂测量没有获得有效的结果,并且不同方位的PmS震相到时基本一致,说明TLY台下方地壳结构接近各向同性.根据分裂测量结果,结合贝加尔裂谷区的构造演化过程,得到以下结论:(1)ULN台双层各向异性的上层主要是岩石圈原始结构的反映,并且存在地壳与地幔岩石圈的一致性形变,而下层指示着现今软流圈地幔的流动;(2)由于刚性的西伯利亚克拉通的阻挡,地幔流动方向在克拉通南缘发生了偏转,在深部绕克拉通边缘流动,因此形成了TLY台下方上地幔结构的横向变化.     

基于PpSms、P660S、SKS震相分裂研究上海地区地壳、地幔各向异性

基于上海地震台阵记录的远震利用台阵处理技术研究了PpSmS、P660S及SKS震相的分裂。根据三震相的分裂参数(快慢波延时时间及快波偏振方向)的差异对上海地震台阵地区地壳、上地幔及下地幔介质的各向异性情况进行了简要分析。     

南极长城站地壳和上地幔各向异性分析

利用我国第24次和第25次南极科学考察队于2008年2月—2010年3月南极长城站记录到的地震事件数据进行剪切波分裂研究. 选取近震事件对Sg波进行剪切波分裂计算,结果表明快波偏振方向有两个,分别为北东向和近南北向; 慢波延迟时间的范围为1.45—5.17 ms/km,平均值为3.54 ms/km.同时选取长城站记录到的远震数据SKS波震相进行剪切波分裂计算,得出上地幔快波偏振方向优势取向为北东向, 慢波延迟时间平均值为1.60 s. 剪切波分裂结果显示长城站地区地壳和上地幔具有明显的各向异性, 并显示长城站地区地壳与上地幔快波偏振方向几乎平行,表明壳幔变形的一致关系.另外,地壳和上地幔各向异性的快波偏振方向不仅与长城站附近的海沟方向平行,同时也与绝对板块的运动方向平行.该结果进一步说明了绝对板块的运动是构成上地幔各向异性的主要原因.      

宁夏地区上地幔地震各向异性特征

利用宁夏6个三分向宽频带数字地震台记录的震中距在85°—110°,震级大于6级的远震SKS波震相作了偏振分析,采用Silver-Chan方法求得了分裂参数,获得了宁夏地区上地幔各向异性图像.结果表明,宁夏地区上地幔各向异性普遍存在,本区盐池台(YCI)所在的鄂尔多斯块体下方的各向异性可归结为"化石"各向异性,其它地区的各向异性特征则反映了正在进行的构造运动,由此可为贺兰山脉东西两侧复杂的运动图像提供深部证据.最后推测本区的青藏高原东北缘—阿拉善块体及银川断陷区壳、幔的运动是耦合的,而鄂尔多斯块体地区壳、幔的运动型式尚不明朗.     

青藏高原东北缘上地幔地震各向异性:来自SKS、PKS和SKKS震相分裂的证据

基于青藏高原东北缘甘肃区域台网41个宽频带地震台站的远震记录资料,通过PKS、SKS和SKKS震相的剪切波分裂分析,获取了台站下方介质的各向异性分裂参数,得到该地区上地幔各向异性分布图像,并结合GPS速度场和地壳剪切波各向异性分析青藏高原东北缘各向异性形成机制及壳幔各向异性特征.分析结果认为,在阿尔金断裂带西侧,各向异性快波偏振呈NWW-SEE方向,与断裂带走向有一定夹角,与塔里木盆地向柴达木盆地俯冲方向一致,说明该地区上地幔物质变形主要受古构造运动的影响,属于"化石"各向异性.在祁连山-河西走廊构造区,XKS快波偏振呈NW-SE方向,一致性较好,与区域断层走向方向相同;由区域小震的地壳剪切波分裂分析得到的地壳剪切波快波偏振在该区域呈NE-SW方向,与相对于稳定欧亚大陆GPS运动速率一致,地壳和地幔快波偏振方向的差异表明壳幔变形可能有不同的形变机制.在陇中盆地及其周缘,由于处于活跃青藏地块与稳定鄂尔多斯地块之间的过渡带,相对于其他区域具有更加复杂的构造背景,地壳快波偏振和地幔快波偏振总体上呈NWW-SEE方向,说明壳幔变形机制可能相同;但不同台站结果之间存在一定离散性,推测是由于受局部构造特征差异性造成.     

核幔边界反射震相ScS对远震体波反演震源参数精度影响

研究表明,远震直达体波波形(P波、SH波)是有效反演中强地震(M5.5~7)震源参数的重要资料.但是当震中距较大时,核幔边界全反射波ScS会进入SH波反演窗口,其未被传统的基于体波震源参数反演算法所考虑,从而导致反演结果偏差.本文通过TEL3与fk方法合成理论地震图,使用Jackknifing统计方法定量测试了不同情况下ScS震相对远震体波反演的影响.结果表明,当反演数据震中距位于70°~90°时,ScS震相会造成震源质心深度1km左右、机制解最大8°的系统偏差;使用震中距40°~90°的SH波进行抽样反演,机制解最大系统偏差可达5°;SH波与P波联合反演可减少ScS震相引起的震源参数结果系统偏差.因此,ScS震相对基于射线理论的远震体波震源机制解反演所造成的误差是需要给予考虑的.     

中国数字地震台网(CDSN)单台站P波偏振分析

偏振分析可以定量描述地震波的质点运动。 P波质点运动在水平方向上发生偏振, 使得传播方向会偏离台站与地震震源之间大圆弧的方向。 P波偏振分析可以用来约束地下结构以及反映地震各向异性, 提供与剪切波分裂等手段不同的证据。 本文介绍并使用主成分分析(Principle Component Analysis, PCA)的方法, 计算了单一地震台的P波偏振, 同时, 利用谐和分析, 对台站下方的各向异性进行了分析。 将P波偏振分析应用到中国数字地震台网(China Digital Seismograph Network, CDSN)的四个台站10年左右的数据, 筛选并分析了震相清晰、 信噪比高的远震三分量初至P波的质点运动, 拟合出四个台站接收到的地震事件后方位角与P波水平偏离角度之间的三角函数曲线, 计算出拉萨台、 昆明台下方上地幔各向异性的偏振方向分别为66°和57°, 大致呈现北东东方向。     

Shear wave anisotropy in D＂ region beneath the western Pacific

Using seismic shear phases from 47 Tonga-Fiji and its adjacent region events recorded by the CENC and IRIS, and from 26 northeast Asia and north Pacific events recorded by IRIS, we studied the shear wave anisotropy in D" region beneath the western Pacific utilizing the ScS-S differential travel time method and obtained the splitting time values between the radial and transverse components of each ScS wave corresponding to each core-mantle boundary (CMB) reflection point. We found that most shear waves involved horizontally polarized shear wave components traveling faster than vertically polarized shear wave components through the D" region. The splitting time values of ScS wave range from ?0.91 s to 3.21 s with an average value of 1.1 s. The strength of anisotropy varies from ?0.45% to 1.56% with an average value of 0.52%. The observations and analyses show that in the D" region beneath the western Pacific the lateral flow is expected to be dominant and the vertical transverse isotropy may be the main anisotropic structure. This structure feature may be explained by the shape preferred orientation of the CMB chemical reaction products or partial melt and the lattice preferred orientation of the lower mantle materials caused by the lateral flow at lowermost mantle.     

太平洋大型横波低速带东部边界地幔 最下部各向异性研究

针对太平洋大型横波低速带(Large Low Shear Velocity Province, 简写为LLSVP)东部边界的D″各向异性强度的问题, 利用中美洲和南美洲部分台站的地震记录, 通过对SKS和SKKS震相进行横波分裂分析, 得到22个SKS-SKKS震相对的横波分裂结果, 其中有6个震相对存在显著差异. 对比分析震相对的横波分裂结果差异, 可以保守地估计D″各向异性. 横波分裂结果显示, 地幔最下部存在各向异性; 对D″各向异性成因的分析结果认为, 如果LLSVP边界上的地幔最下部物质存在变形以及内部存在小尺度的非均匀体, 则有助于解释这些观测, 但是本文在LLSVP边界上并没有看到大量的有差异震相对聚集. 结合前人的观测研究推测, 该研究区域下方的LLSVP及其周围地幔的边界可能不是很陡峭, 边界附近没有积累强烈的变形, 并在此基础上讨论了地幔最下部各向异性结构的研究意义.      

Upper mantle anisotropy and crust-mantle deformation pattern beneath the Chinese mainland

Over the past 10 years,the number of broadband seismic stations in China has increased significantly.The broadband seismic records contain information about shear-wave splitting which plays an important role in revealing the upper mantle anisotropy in the Chinese mainland.Based on teleseismic SKS and SKKS phases recorded in the seismic stations,we used the analytical method of minimum transverse energy to determine the fast wave polarization direction and delay time of shear-wave splitting.We also collected results of shear-wave splitting in China and the surrounding regions from previously published papers.From the combined dataset we formed a shear-wave splitting dataset containing 1020 parameter pairs.These splitting parameters reveal the complexity of the upper mantle anisotropy image.Our statistical analysis indicates stronger upper mantle anisotropy in the Chinese mainland,with an average shear-wave time delay of 0.95 s;the anisotropy in the western region is slightly larger(1.01 s)than in the eastern region(0.92 s).On a larger scale,the SKS splitting and surface deformation data in the Tibetan Plateau and the Tianshan region jointly support the lithospheric deformation mode,i.e.the crust-lithospheric mantle coherent deformation.In eastern China,the average fast-wave direction is approximately parallel to the direction of the absolute plate motion;thus,the upper mantle anisotropy can be attributed to the asthenospheric flow.The area from the Ordos block to the Sichuan Basin in central China is the transition zone of deformation modes between the east and the west regions,where the anisotropy images are more complicated,exhibiting"fossil"anisotropy and/or two-layer anisotropy.The collision between the Indian Plate and the Eurasian Plate is the main factor of upper mantle anisotropy in the western region of the Chinese mainland,while the upper mantle anisotropy in the eastern region is related to the subduction of the Pacific Plate and the Philippine Sea Plate beneath the Eurasian Plate.     

Lowermost mantle anisotropy beneath the Pacific: Imaging the source of the Hawaiian plume

We utilized recordings of seismic shear phases provided by several North American broadband seismometer arrays to provide unique constraints on shear wave anisotropy beneath the northern and central Pacific Ocean. Using a new analysis method that reduces measurement errors and enables the analysis of a larger number of available waveforms, we examined relative travel times of teleseismic S and Sdiff that sample a large area of lowermost mantle structure. The results of this study provide evidence for small-scale lateral and depth variations in shear wave anisotropy for a broad region of the lowermost mantle beneath the Pacific Ocean. In particular, we image a localized zone of anomalously strong anisotropy whose strength increases toward the top of D″ beneath Hawaii. Our results, combined with a previous study of V_P/V_SH ratios, indicate that ancient subducted slab material may be responsible for observations beneath the northern Pacific, while lenses or layers of core–mantle boundary reaction products or partial melt, oriented by horizontal inflow of mantle material to the Hawaiian plume source, can explain observations beneath the central Pacific.     

Is there a first-order discontinuity in the lowermost mantle?

In 1983, Lay and Helmberger [Geophys. J. R. Astron. Soc. 75 (1983) 799–837] reported the detection of a precursor to the seismic phase ScS. They attributed this precursor to a sharp seismic discontinuity located several hundred kilometers above the core–mantle boundary. Such a lowermost mantle discontinuity implies the existence of a sharp phase change or a chemical boundary. Precursors to ScS and, less frequently, PcP have since been observed in numerous locations, but are not a global phenomenon. Frequently, PcP precursors are weak or absent when ScS precursors are observed in the same location, and vice versa. There can be significant variations in the amplitude and arrival time of the precursor relative to the main phase. The presence or absence of these precursors has led to speculations about the nature of the lowermost mantle. Here we demonstrate that ScS or PcP precursors may be produced by gradients in seismic wave speed associated with large-scale lowermost mantle heterogeneity. Rather than a phase or chemical boundary with substantial topography, such gradients require lateral variations in temperature and, close to the core–mantle boundary, composition.     

上地幔各向异性的反演方法

详细推导了弱各向异性介质的地震波速，在此基础上介绍了用Pn震相研究上地幔各向异性的几种具体算法；推导了用SKS震相和ScS震相反学下地幔各向异性的方法、优缺点及几种方法的相互关系。     

青海地区S波分裂研究

本文利用国家地震台网及中国地震局“十五”期间在青海布设的30个宽频带地震台站记录到的远震波形数据,分别采用最小能量法和旋转相关法对SKS、SKKS和PKS波震相进行了偏振分析,计算了台站下方介质的各向异性分裂参数：快波的偏振方向（φ）和慢波延迟时间（δt）.本文研究结果表明,研究区多数台站下方的地震各向异性参数都表现出随方位角变化而变化的特征,可以用双层各向异性模型来解释.其中上层各向异性的快波偏振方向位于N65°E～N95°E之间,可能与中下地壳物质的流动有关;而下层各向异性的快波偏振方向位于N105°E～N135°E之间,可能为祁连块体NEE向的推移及导致的岩石圈缩短有关.此外,我们还发现,与周边的台站下方各向异性分裂参数相比,昆仑断裂附近两个台站GOM和DAW的各向异性特征急剧变化,其快波方向都与该断层近乎平行,这很可能暗示昆仑断裂已经切穿整个岩石圈;阿尔金断裂附近两个台站（LEH和HTG）无效分裂事件的方位分布与阿尔金断裂走向缺乏相关性,我们推测研究区内阿尔金断裂可能为地壳尺度的断裂.     

按方位叠加接收函数分析青藏高原东南缘的地壳各向异性

在各向异性地壳中,来自Moho的P-to-S转换波(Pms)的到时不仅取决于入射角和地壳厚度,而且还随地震事件方位角而变化.地处青藏高原东南缘的川滇地区,地壳变形十分强烈.本文利用川滇地区的108个固定台站记录的远震三分量地震波形数据提取台站下方的P波接收函数,并把接收函数被校正到了同一参考震中距处(例如67°).然后按后方位角10°为间隔将接收函数叠加成一道信号以增强信噪比,并从叠加信号里拾取不同后方位角对应的Pms相的观测到时.在快波极化方向和分裂时间构成的解的平面上,能使观测到时与理论到时之差最小的点即为所求的分裂参数的位置.合成地震图和实际观测数据的实验表明,这个方法不但稳定性较好,而且误差估计也较小.我们从108个台中获得了96个Pms相的分裂参数,结果表明,川滇地区地壳各向异性十分强烈,Pms相分裂时间在0.05s±0.06s到1.27s±0.10s之间,平均值为0.54s±0.12s.地壳各向异性的快波极化方向与地表GPS速度场的差异性表明,印支块体的上下地壳之间是解耦的,而川滇菱形块体北部、松藩—甘孜和四川盆地的上下地壳之间是耦合的.然而,川滇菱形块体南部,地壳变形主要受控于小江断裂和金沙江—红河断裂.     

Azimuthal anisotropy in lithosphere on the Chinese mainland from observations of SKS at CDSN

Ａｚｉｍｕｔｈａｌ　ａｎｉｓｏｔｒｏｐｙ　ｉｎ　ｌｉｔｈｏｓｐｈｅｒｅ　ｏｎ　ｔｈｅ　Ｃｈｉｎｅｓｅ　ｍａｉｎｌａｎｄ　ｆｒｏｍ　ｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎｓ　ｏｆ　ＳＫＳ　ａｔ　ＣＤＳＮ（郑斯华）（高原）Ａｚｉｍｕｔｈａｌａｎｉｓｏｔｒｏｐｙｉｎｌｉｔ...