西藏高原地壳上地幔P波和S波速度结构

利用西藏高原及其邻区150个地震,西藏台网、四川台网、世界标准台网及在西藏布设的流动台网的 P 波和 S 波观测资料,得出了该地区的地壳和上地幔的 P 波以及 S 波的速度模型:(1)地壳平均厚度70km,可分为明显的两层.上层厚16km,P 波速度5.55km/s,S 波3.25km/s;下层厚54km,P 波速度6.52km/s,S 波3.76km/s;(2)上地幔顶层 P 波速度7.97m/s,S 波4.55km/s.140km 处出现低速层,层厚约55——62km.低速层下的正速度梯度与地幔顶部盖层相差无几.      

西太平洋海洋P波与S波的高频地震衰减

在Wake岛附近1500km长的海底地震台阵上记录到千岛群岛的地震,分析其海洋P波与S波数据,得到西太平洋的高频地震衰减的约束。确定了群速度为8.2—3.0km/s和频率为2.5—22.5Hz间的空间衰减和Q值。在上述频率范围内,海洋P波比S衰减大,它表明岩石圈内存在明显的体积衰减,或者海洋P波以波能漏失的形式传播。海洋P波与S波的视衰减与距离有关,在30°以外,衰减较弱。海洋P波的视Q随频率Q～f~(0.7)而增加,在2.5Hz时约为300,而在17.5Hz时增加约为1500。海洋S波的视Q也随频率Q～f~(1.1)而增加,在2.5Hz时约为400,而在22.5Hz时变化约为3000。     

小江断裂带北段地壳浅层P波速度各向 异性观测的原理与数值试验

以二维情形下观测速度场为各向同性场和各向异性场的叠加为前提, 提出了一种利用走时残差估算地震波速度各向异性的方法, 即剩余慢度矢量法. 利用小江断裂带北段巧家流动地震台阵24个台站记录的3181次地震事件的P波走时残差, 采用剩余慢度矢量法计算了各观测台站周围水平方向上尺度为0.5°×0.5°, 震源深度为0—5 km的剩余慢度矢量, 由此得到了P波快波和慢波方向. 计算结果表明, 大部分观测台站周围的P波速度方向性较为一致, 快波方向为ESE向, 慢波方向为NNE向. 快波方向与小江断裂带北段应力场P轴方向较为一致, 而慢波方向与应力场T轴方向一致, 表明应力的长期作用可能是导致P波速度各向异性的重要原因.      

小江断裂带北段上地壳三维速度结构研究及鲁甸Ms6.5地震构造分析

利用巧家流动台阵2012-2017年期间记录到的近震P波和S波到时数据,采用地震体波走时层析成像方法,反演得到了小江断裂带北段及鲁甸地震震源区上地壳的高分辨率VP和VP/Vs模型.成像结果显示:小江断裂带北段在0～6 km左右的深度表现为低波速、高波速比异常,在9～12 km左右的深度以下,小江断裂带北段整体开始呈现显...     

高斯波包反射走时速度反演方法

扰动高斯波包理论指出,在Gabor域描述模型的扰动成分,且入射波场为短时宽带信号时,扰动波场可在时间域通过高斯波包算子描述.在此基础上通过拟合反射波的走时,提出一种速度反演方法.反射波走时残差利用地震道局部波形的互相关函数表示,以走时残差的二范数作为目标函数,优化目标函数实现对速度场的反演.基于一阶Born近似,利用扰动高斯波包理论推导出目标函数对速度场的梯度是本文理论部分的核心内容.梯度包括两部分:正传的背景波场与反传的扰动高斯波包之间的互相关,反传的背景波场和正传的扰动高斯波包之间的互相关.梯度表达式中背景波场和扰动波场均利用高斯波包算子模拟.计算梯度的具体算法中,如何模拟扰动波场,以及如何计算反射波的走时残差是两个要点,文中对此做了详细的讨论.数值实验进一步阐述了反演的实现策略,实验结果表明高斯波包反射走时速度反演方法和实现策略有效可行,并得到了理想的反演结果.     

中天山和塔里木盆地下方地幔转换带顶部P波速度结构探测

本文基于中国数字地震台网记录到的2016年1月12日发生于兴都库什—帕米尔地区的中源地震P波宽频带波形资料,利用P波三重震相方法研究了中天山和塔里木盆地北部410 km间断面起伏形态及间断面附近P波速度结构.通过波形拟合,我们发现中天山和塔里木盆地北部410 km间断面下沉约10 km;410 km间断面上方存在由塔里木盆地向中天山P波速度异常逐渐减小的约70 km厚的低速层(-3%~-1%).该低速层可能是地幔转换区物质上涌并部分脱水熔融及热效应共同作用的结果.另外我们发现中天山东北部约10~100 km深度范围内存在局部低速异常(约-6%),其很可能是上涌的软流圈物质.     

中层大气重力波的全球分布特征

从2002年1月到2009年12月的SABER温度剖面数据提取了可以反映重力波活动的垂直尺度2～10 km的中尺度温度扰动,分析了全球中层大气重力波的分布.重力波扰动在夏季和冬季明显强于春季和秋季,而冬季与夏季相比,在70 km以下的高度夏季弱于冬季,在70 km以上夏季比冬季要强.从全球重力波分布来看,较大值分布在冬...     

基于激光雷达手段的海南地区重力波与其波谱的季节分布特性研究

利用子午工程海南激光雷达对我国海南地区上空进行持续观测,通过3年的累积观测数据对我国低纬度地区重力波活动的季节分布特性进行研究,依据重力波线性理论对海南地区上空的大气密度扰动规律、空间功率谱及时间频率谱进行分析,并通过选择波长在1km至8km范围内具有特定波长以及具有波动周期为60 min至25min的特定频率的重力波辅助研究大气密度扰动的季节变化规律,总结得出海南地区重力波活动具有夏季大、春秋季小、而冬季依然频繁的季节性分布规律.结合海南地区特殊的地理位置与当地季节性气候特征分析得出海南地区上空重力波活动季节性变化的可能原因为青藏高原地形及我国南海地区存在的热带强对流与赤道潜流共同作用的结果.     

AIRS观测的东亚夏季平流层重力波特征

对流性重力波对中层大气环境有显著影响.重力波活动及重力波源的地理和季节性变化等信息是理解和模拟重力波效应的基础.卫星高光谱红外大气垂直探测器AIRS的4μm和15μm波段可用于识别30~40km高度范围和41km高度附近的重力波,其11μm通道可同步观测对流层深对流.观测个例表明,海面和陆面上空的平流层扰动影响范围均可达1000km,不同高度的扰动强度分布也存在差异.基于2007年6月至8月的AIRS观测资料,分析了东亚区域的对流层深对流活动和平流层的重力波,得到了深对流和重力波发生频率的水平分布.统计结果表明,东亚区域夏季夜间的深对流活动明显少于白天,但AIRS观测到的平流层重力波发生频率和扰动强度均显著大于白天,揭示了夜间对流层深对流诱发的平流层重力波在强度、范围等方面可能与白天存在显著差异.进一步对比分析表明,AIRS观测的平流层扰动高值区与深对流高值区明显不同.平流层重力波与对流层深对流之间的相关分析表明,在36°N以南的区域,41km高度上AIRS观测的重力波中,深对流云诱发的重力波的比例约为30%~100%.在10°N至36°N区间,90%的深对流均可诱发平流层重力波.分析得到的30~40km高度区间和41km高度附近的重力波水平分布对比表明,后一高度上的扰动强度明显大于前一高度,且前一高度在东南亚区域存在强扰动中心而在后一高度则没有.最后,给出了AIRS观测的几种典型形态的东亚区域平流层波动,表明了该区域平流层环境波动形态的复杂性和多样性.     

京津唐地区地壳三维P波速度结构与地震活动性分析

本文利用华北遥测地震台网和首都圈数字地震台网112个台站记录到的1993~2004年发生在首都圈地区3983次地震的P波绝对到时资料和相对到时资料,采用双差地震层析成像方法联合反演了京津唐地区地壳三维P波速度结构和震源参数.京津唐地区的三维P波速度结构图像在浅层上很好地反映了地表地质、地形的特征.在平原和凹陷的盆地处呈现P波低速速度异常,而在隆起的山区或基岩出露区显示为P波高速速度异常.在研究区域内震级M≥6.0历史地震和经过重新定位后的震级M_L≥3.0的地震的震源位置在10 km深度和15 km深度处的P波相对速度扰动图上的投影都显示出相似的特点,即:绝大部分的地震的震源位置在P波相对速度扰动图上的投影分布在低、高速异常的交界地带,且偏高速体一侧,只有极少数的地震分布在P波速度异常体内部.     

Small-scale heterogeneities below the Lanzhou CTBTO seismic array,from seismic wave field fluctuations

Seismic wave field fluctuations below Lanzhou Comprehensive Test Ban Treaty Organization seismic array are determined and interpreted to describe the scattering characteristics of the crust beneath the northeastern margin of Qinghai–Tibet plateau in China. The frequency-dependent intensities of the mean and fluctuation wave fields are analyzed for 21 deep (206–632 km depth) teleseismic events. The observed wave field fluctuations in the frequency range 0.5–2.5 Hz can be explained by the scattering of the teleseismic P wave front at random media-type structures. The stable and narrow range of the fluctuation parameters from these teleseismic events indicates evidence for scattered seismic phases which are generated inside the crust. The reasonable structural models contain heterogeneities with 1–3% velocity fluctuations and 2.4–8.2 km correlation lengths in the crust with 53 km thickness.     

南海北部珠江口—琼东南盆地地壳速度结构与几何分层

基于南海北部大陆边缘珠江口—琼东南盆地深水区实施的14条近垂直深反射地震探测叠加速度谱,利用Dix公式将叠加速度剖面转换为地壳层速度剖面,并利用时深转换方法构建了深度域地壳层速度模型,综合各地壳速度剖面分析了南海北部大陆边缘珠江口与琼东南盆地不同深度层次的P波速度变化趋势以及地壳几何分层特征.结果表明,琼东南盆地区可分为4～8 km沉积层（V_P为1.7～4.7 km/s）、4～10 km厚的上地壳层（V_P为5.2～6.3 km/s）、5 km〗左右的下地壳层（V_P为6.4～7.0 km/s）以及2～6 km厚的高速下地壳底层（V_P＞7.0 km/s）.V_P＞7.0 km/s下地壳高速层的存在被认为是岩石圈伸展、下地壳底部底辟构造或者是残存的原始华夏下地壳基性层的地震学指示;综合研究区地球物理探测成果构建了跨越华南大陆与南海北部陆坡区剖面莫霍和岩石圈底界图像,揭示出岩石圈上地幔在华南大陆与南海北部大陆边缘的减薄特征.     

New constraints on lithospheric thickness of the Iranian plateau using converted waves

The study of mantle lithosphere plays a key role to reveal predominant tectonic setting process of a region. The current geological and tectonic setting of Iran is due to the ongoing continental–continental collision of the Arabian and Eurasian plates. We applied a combined P and S receiver function analysis to the teleseismic data of nine permanent broadband seismic stations of the International Institute of Earthquake Engineering and Seismology located in different tectonic zones of Iranian plateau. More than 4 years of data were used to estimate the thickness of the crust and mantle lithosphere. According to our results, the crust is 50 km thick beneath the Zagros fold and thrust belt (ZFTB). We found the maximum Moho depth of approximately 70 km under the Sanandaj-Sirjan zone (SSZ) indicating the overthrusting of the crust of Central Iran onto the Zagros crust along the main Zagros thrust (MZT). Below the northeasternmost part of the Urumieh–Dokhtar Magmatic Arc (UDMA) and Central Iran, the Moho becomes shallower and lies at 40 km depth. Towards northeast, beneath the Alborz zone, the crust is 55 km thick. Based on S receiver functions, we provided new insights into the thickness of the Arabian and Eurasian lithospheres. The location of the boundary between these plates was estimated to be beneath the SSZ, which is slightly shifted northeastward relative to the surficial expression of the MZT. Furthermore, the Arabian plate is characterized by the relatively thick lithosphere of about 130 km beneath the ZFTB reaching 150 km beneath the SSZ, where the thickest crust was also observed. This may imply that the shortening across the Zagros is accommodated by lithospheric thickening. In contrast, UDMA and Central Iran are recognized by the thin lithosphere of about 80–85 km. This thin lithosphere may be associated with the asthenospheric upwelling caused by either lithospheric delamination or Neo-Tethys slab detachment beneath the Zagros collision zone.     

华北克拉通东部地壳与地幔盖层结构——长观测距深地震测深剖面结果

利用文登—阿拉善左旗长观测距地震宽角反射/折射剖面东段资料,辩识出4组地壳震相和3组地幔盖层震相.采用二维射线追踪走时反演和正演拟合交替计算方法,得到了包括鲁东隆起和华北裂陷盆地在内的地壳和地幔盖层二维速度结构.研究结果表明:华北裂陷盆地基底深达6km以上,研究区壳内界面C1埋深约15km,C2界面深约25km,Moho面平均埋深约35km.上地壳速度6.0~6.1km·s-1,且横向变化较大;中地壳速度相对均匀约为6.2~6.4km·s-1;下地壳速度为6.5~7.0km·s-1,速度梯度较大.地壳平均速度与隆起和坳陷构造相关.研究区岩石圈底界面一般为75~80km,西端接近太行隆起构造时深至90km左右,向西呈明显加深趋势,地壳厚度呈现相同的增厚特征.地幔盖层上部速度8.0~8.2km·s-1,具明显正梯度特征.岩石圈平均速度在郯庐断裂带附近显著偏低.PmP和PLP震相存在不同程度的复杂性,意味着在本地区Moho界面和岩石圈界面有较为复杂的结构,可能具有一定厚度或过渡带性质.结合其他研究结果认为,地幔盖层和下地壳速度梯度、界面性质差异与华北克拉通破坏相关,意味着破坏是一个渐变、缓慢和不均匀的过程.郯庐断裂带附近的低速应是其为软弱带的证据.     

利用远震接收函数方法研究南海西沙群岛下方地壳结构

利用西沙琛航岛流动地震台站和永兴岛固定地震台站的资料,提取了远震P波接收函数,结合正演和反演方法模拟了台站下方的地壳结构.模拟结果显示:西沙群岛地壳顶部存在2 km厚的新生代低速沉积层,横波速度只有2.0~2.2 km/s;上地壳为一速度梯度带,横波速度由2 km处的3.4 km/s逐渐增加到12 km深度时的3.8 ...     

中国边缘海及邻区地壳和上地幔速度结构特征

本文利用中国地震台网和世界地震台网1 222个地震台记录到的27 909个研究区内地震的479 707条P波到时数据和4 995个研究区外远震事件的90 530条P波到时数据,采用多波多震相地震层析成像法重建了中国边缘海及其邻近地区（10°~45°N,105°~145°E,深至1 061 km）的三维速度图像,揭示了中国边缘海及其邻近地区地壳和上地幔三维速度结构特征.     

Imaging Offsets in the Moho: Synthetic Tests using Gaussian Beams with Teleseismic Waves

We carry out a sequence of numerical tests to understand conditions under which rapid changes in crustal thickness can be reliably imaged by teleseismic body waves. Using the finite-difference method over a 2-D grid, we compute synthetic seismograms resulting from a planar P-wavefield incident below the grid. We then image the Moho using a migration scheme based on the Gaussian beam representation of the wavefield. The use of Gaussian beams for the downward propagation of the wavefield is particularly advantageous in certain geologically critical cases such as overthrusting of continental lithosphere, resulting in the juxtaposition of high-velocity mantle material over crustal rocks. In contrast to ray-based methods, Gaussian beam migration requires no special treatment to handle such heterogeneities. Our results suggest that with adequate station spacing and signal-to-noise ratios, offsets of the Moho, on the order of 10 km in height, can be reliably imaged beneath thickened crust at depths of about 50 km. Furthermore, even sharp corners and edges are faithfully imaged when precise values of seismic wave speeds are available. Our tests also demonstrate that flexibility in choices of different types of seismic phases is important, because any single phase has trade-offs in issues such as spatial resolution, array aperture, and amplitude of signals.     

华北克拉通东北部的远震S波走时层析成像研究

华北克拉通是近年来我国地学界研究的热点之一.本文利用布设在华北东北部地区的华北地震科学台阵所记录的远震波形资料,用波形互相关方法拾取了9105条S波走时残差数据,进而用体波走时层析成像方法反演获得了研究区从地表至600 km深度的S波速度结构.所获得的S波层析成像结果表明,华北克拉通中部块体的山西断陷带低速异常一直从地面延伸至上地幔约300 km深处,推测该低速异常体可能与中、新生代的大同火山群的形成与活动有关.研究发现华北东部存在一高速异常体由东部渤中凹陷的地壳一直向西延伸至太行山山前断裂下方地幔转换带410 km附近,推测该高速异常体可能为太平洋板片向西俯冲在华北克拉通东部块体下方地幔过渡带内的滞留.研究结果显示华北克拉通东部的华北盆地表现为高低速相间分布,表明该地区下方的岩石圈发生了破坏,而位于华北克拉通北缘的燕山造山带显示为高速异常,表明燕山造山带下方的岩石圈没有明显的破坏迹象.     

地幔上涌对鄂尔多斯西缘岩石圈的改造:来自远震多尺度层析成像的证据

本文利用喜马拉雅二期科学探测台阵的678个地震台站及26个固定台站记录到的9,641个地震共约160000条远震P波走时数据,采用基于稀疏约束的多尺度层析成像方法,获得了鄂尔多斯西缘及邻区上地幔800 km深度范围内P波速度结构.结果显示,在东经104°附近阿拉善地块与鄂尔多斯盆地间存在岩石圈深度的构造边界,这表明阿拉善地块与鄂尔多斯可能分别从属于不同的大地构造单元.以北纬38°线为界,鄂尔多斯地块西缘在岩石圈范围内南北存在明显的速度差异,鄂尔多斯南部上地幔200~300 km深度范围显示为高速异常,而鄂尔多斯北部上地幔显示大面积的低速异常.这一现象表明,鄂尔多斯地块南北两部分经历了不同的构造演化过程.根据本文的结果可以进一步推断,由于青藏高原、阿拉善地块向东北方向推挤以及岩石圈的拆离引起的上地幔扰动导致了地幔上涌,上涌的热物质改造了鄂尔多斯西北缘地区的岩石圈,并使该区的岩石圈减薄.地幔上涌也可能是东经104°边界带和北纬38°构造带形成的深部动力学因素.     

青藏高原东南缘及邻区地壳介质散射强度变化特征

基于远震扰动场方法,利用47个数字地震观测台记录的10次远震记录对青藏高原东南缘及邻区地壳介质散射强度进行了研究.结果表明研究区内地壳介质横向非均匀性强烈,扬子块体地壳介质散射强度与青藏块体存在较为明显的差异;地壳介质散射强度梯度带与主要断裂带分布趋势一致,龙门山断裂带、安宁河断裂带与地壳介质散射强度梯度带具有较强的相关性,散射强度高值区偏向青藏块体一侧;强震震中沿散射强度梯度带分布,其震中偏向散射强度高值区一侧;散射强度呈现纵向非均匀性特征,下地壳介质散射强度高于上地壳.研究区强、弱散射强度的空间分布可能与区内强烈的地质构造运动、频繁的地震及火山活动所引起深部物质破碎、熔融及其沿断裂带的上涌与运移有关.