羌塘及南缘地区的地壳结构

通过对INDEPTH III宽频地震资料的处理,采用最新发展的接收函数深度偏移叠加方法,获取羌塘盆地南部及与拉萨地块北侧的剖面。偏移图像勾画了羌塘地区的两盆夹一隆的基底,以及羌塘下地壳内存在的北倾构造序列。冈底斯的基底与羌塘地区有一定的延续性,而拉萨地块的上地壳则完全不同。同时通过与人工深反射地震剖面,发现主要大型的断裂构造在接收函数剖面上均可进行追踪对比,对于羌中隆起和和羌塘南北凹陷的深部成因有启示作用。同时发现班公-怒江缝合带Moho面错断并不明显,而在拉萨地块下方呈现的双Moho在色林错下方进行了合并。在南羌塘Moho面转换波强度不大,而北羌塘又重新恢复正常,推测这是拉萨地块向北的推挤造成羌塘下地壳部分地区重新分异的结果。双Moho的成因有待进一步分析,应该与拉萨地块下方大规模低速物质活动和MHT拆离断层的延伸有关。     

深反射地震成像揭示的班公湖 怒江缝合带中段Moho断阶及其大地构造意义

揭示班公湖- 怒江(班怒)缝合带Moho(莫霍面)结构对于认识中特提斯洋壳俯冲和南羌塘坳陷成因具有重要地球动力学意义。基于横跨班怒缝合带的深反射地震数据(88°30′E),本文采用了中长波长静校正、噪声压制、优化叠加和叠前深度偏移(PSDM)等地震处理技术,获得了深度域地震反射偏移剖面、层速度场和高分辨率Moho结构。由深度域剖面显示,班怒缝合带Moho位于地表以下65～80 km,呈不连续北向抬升趋势,指示在拉萨地块与南羌塘地块之间存在岩石圈上地幔断阶,最大阶步可达15 km。综合分析缝合带两侧的Moho形态认为,这些断阶受南侧拉萨地体的岩石圈上地幔以19. 5°北倾俯冲与北侧南羌塘地块的上地壳抬升驱动,可能与深部存在局部熔融相关。班怒缝合带下的Moho结构表明,随着晚侏罗世—早白垩世中特提斯洋闭合,南羌塘地体由边缘海沉积向前陆盆地转换,形成南羌塘坳陷。     

新疆富蕴--库尔勒剖面接收函数方法获得的地壳上地幔结构成像

利用远震接收函数方法处理宽频地震探测数据获得富蕴-库尔勒剖面地壳上地幔结构转换波成像.中天山南缘断裂下方自南向北Moho转换界面具有向北倾斜的特征,且此转换界面有间断,深度逐步由50 km加大到60～70 km.北天山北缘断裂北部下方相对连续的转换界面明显以较小的幅度向南俯冲延伸到80～90 km深度.中天山南缘断裂到乌鲁木齐之间,除间断、斜交和叠置的Moho转换界面外,还可见其他转换界面.乌鲁木齐以北,进入准噶尔盆地Moho转换界面相对平缓深度在50 km上下,最深处靠近天山附近.天山Moho面的加深、重叠以及地震发生的深度表明本区天山构造活动较强,天山的山根深度近100 km.相对于天山西段本区南北向的推挤作用明显减弱.     

阿尔金断裂带附近地壳结构的接收函数成像及其地球动力学意义

利用中法1995年布设在跨过阿尔金断裂剖面上的18个流动三分量地震台站记录到的近5个月的天然地震记录,经筛选得到533个高质量接收函数。通过速度分析和接收函数成像处理,得到了阿尔金断裂附近地壳结构的清晰图像。塔里木盆地的Moho界面非常清楚,近水平地位于~44km深度上。该界面以低缓的角度一直向南延伸到了阿尔金断裂附近的~70km的深度。阿尔金断裂以南柴达木盆地下面的Moho界面也十分清楚,近水平地位于~55km的深度上,在阿尔金断裂附近存在向上挠曲,并抬升到了~45km的深度上。在阿尔金断裂下方,Moho界面存在~15km的错断。塔里木盆地Moho之下还存在另一个震相,我们解释为沉积层多次波与可能来自Hales间断面转换波的复合震相。接收函数成像结果表明阿尔金断裂是一个超壳的岩石圈断裂,具有比较直立的产状和很狭窄的剪切变形带。根据这些结果,我们推测塔里木的下地壳可能要比柴达木的下地壳更硬,柴达木地壳增厚的原因可以部分归结于它有一个相对弱的下地壳,青藏高原隆升没有扩展到塔里木盆地是因为塔里木盆地具有更刚性的下地壳和岩石圈地幔。高原北部地壳变形应该是所谓青藏高原隆升的“硬”变形模式(Tapponnieretal...     

汶川Ms 8.0级地震震源区地壳深部结构研究

2005年10月至2007年4月,我们在松潘-甘孜、龙门山地块布设的流动地震台阵观测剖面正好经过地震震源区映秀,这为研究地震震源区深部结构提供很好的机会.观测剖面自成都龙泉山,途经都江堰、卧龙,终止于新都桥,全长约400km,台站间距5～10km,34个流动宽频带地震仪共记录到该时间段内5.5级以上远震事件542个,大于等于6.0级为195个.利用该观测剖面记录到的远震P波波形资料,采用接收函数方法来研究汶川Ms8.0级地震震源区地壳深部结构,结合地震构造背景的分析,探讨引起这次地震的动力学模式,并由此认识汶川地震的孕育与成因机制.根据震源区地表破裂和余震分布及深部结构的综合分析,可以划出震源区下方的地震断裂带.主要研究结果表明:1)根据界面分布特征,发现松潘-甘孜地块及龙门山推覆体中在20～60km深度存在一个厚度约15～20km的低速中地壳,而四川盆地地壳内不存在低速层.该中地壳内的低速层,是引起中上地壳的推覆运动的滑脱层.2)Moho面自扬子盆地(36～42km)跨龙门山(50km)到松潘-甘孜腹地(62～65km)逐渐加深,跨鲜水河断裂又变浅(60km),说明横跨扬子盆地-龙门山-松潘-甘孜地块的该断裂带是地壳厚度的陡变带.该结果揭示了松潘-甘孜地块与扬子地块是碰撞接触模式,龙门山的推覆构造就是上地壳逆冲的结果.     

Crustal Structures Beneath the Mid-lower Yangtze Metallogenic Belt and Its Adjacent Regions in Eastern China-Evidences from P-wave Receiver Function Imaging for a MASH Metallization Process?

利用长江中下游成矿带多学科深部探测剖面于2009年11月至2011年3月间采集的天然地震数据,通过天然地震接收函数成像等分析研究,得到了研究区地壳和上地幔结构的清晰图像.接收函数成像结果显示研究区内Moho面深度存在着明显的起伏变化,在长江中下游成矿带(指剖面穿过的长江中下游成矿带宁芜矿集区,下同)下方存在着“幔隆构造”.在剖面东南端(即扬子克拉通北缘),Moho面相对稳定,深度约为30km;在茅山和江南断裂附近,Moho面存在上下起伏现象;在剖面中部或宁芜矿集区下方,Moho面存在明显隆起,深度只有28km;在郯庐断裂带下方,Moho面明显加深,深度达到36km;进一步向北到华北地台南缘,Moho面深度逐渐恢复到了32km左右的平均深度水平.其次,我们在接收函数成像结果中发现,长江中下游成矿带与其周边下地壳结构存在着明显的差异,成矿带的下地壳具有显著的地震波方位各向异性.扬子克拉通北缘的下地壳呈高速的近水平状结构,地震波各向异性特征不明显;与此相比,长江中下游成矿带的下地壳虽然也呈近水平状结构特征,但是,对于沿成矿带走向方向传播的地震波,其下地壳具有高速特征,而对于垂直于成矿带走向方向上传播的地震波,其下地壳却又表现为低速特征,这意味着成矿带的下地壳存在着平行于成矿带走向(即近北东南西)方向的地震波各向异性,我们解释其是下地壳熔融并沿成矿带走向水平流动导致矿物晶体定向排列的结果.最后,在郯庐断裂以西的华北地台南缘观测到一条从上地壳延伸到中下地壳的南南东向倾斜的转换震相,我们推测它可能是合肥盆地内地壳伸展构造的反映.此外,我们发现接收函数成像结果中观测到的“幔隆构造”与远震P波层析成像结果在成矿带下方150km深度上显示的上地幔低速异常(江国明等,另文发表)存在着良好的对应关系,我们解释它们是软流圈物质上涌的遗迹.综合天然地震接收函数成像、远震P波层析成像和前人关于岩浆岩等方面的研究成果,我们认为长江中下游成矿带现今的下地壳可能是中生代发生成矿作用的多级岩浆房系统的一部分,成矿带的形成可能是类似MASH过程的产物.首先,软流圈物质上涌导致了长江中下游成矿带及其周边拉张环境的形成,在其上部地壳中形成了一系列伸展构造;然后,软流圈物质通过底侵进入长江中下游成矿带的原下地壳并与原下地壳物质发生同化作用,形成类埃达克质岩浆;接着,类埃达克质岩浆沿着伸展、拆离构造上升到地壳浅部形成不同层次的岩浆房和侵入岩体,并与围岩作用形成矿床.     

探测壳内低速层的深地震测深方法及应用

中国及全球大陆不同构造域广泛存在壳内低速层。壳内低速层不仅与地壳表层金属、非金属矿床、油气资源及地壳变形密切相关, 而且也是一些重大地震和活动断裂的发育场所。一般认为,地壳低速层反映了地壳物质的含水、热状态和部分熔融等信息, 其研究对探讨地壳结构及其动力学演化有重要意义。本文总结了利用深地震测深资料的震相走时、振幅、相位信息识别壳内低速层的5种典型方法: 1)Pg震相走时中断;2)低速层顶、底界面反射波走时曲线近似平行;3)30°~60°入射角范围内低速层顶界面反射转换波强于反射纵波;4)低速层底界面反射波强于顶界面;5)低速层顶界面反射波极性反转等。研究实例表明, 以上方法为利用深地震测深资料揭示壳内低速层提供了有效途径。     

利用接收函数研究鄂尔多斯东缘地壳上地幔结构

       由1876个远震三分量P波地震图组成的数据集,取自布置于鄂尔多斯-太行山一线的宽频带流动台站。通过阵列反 卷积方法,得到地下界面响应的接收函数,并通过共转换点偏移叠加得到地下结构的图像。图像显示,从鄂尔多斯至渤海 湾盆地地壳厚度总体上逐渐变薄,Moho面总体呈小角度向西倾斜。鄂尔多斯块体中部地壳最厚,达到52 km,向东到鄂尔多 斯边缘,地壳厚度减小至43 km。太行山至渤海湾盆地地壳厚度从45 km减小至37 km。山西地堑下方Moho面上隆,和两边的 Moho面相比,抬升8~10 km,且其Moho面的上隆和新生代地堑的凹陷呈镜像关系。     

深反射地震数据揭示的拉萨地体北部到羌塘地体南部地壳厚度的变化

由多个地体拼接而成的青藏高原,有着世界上最厚的地壳。在高原中部,从拉萨地体到羌塘地体,穿过班公湖—怒江缝合带(BNS)的地壳厚度变化长期存在争议。本文主要论述从拉萨地体北端横跨BNS到达羌塘地体的深地震反射剖面探测的结果。探测发现了清晰的Moho反射,揭示了拉萨地体—羌塘地体Moho深度和地壳厚度的变化。探测结果表明,在BNS下方Moho深度由南至北出现了6.2 km的急剧减小,并且与BNS向北28 km处的羌塘地体南部比较,地壳厚度变浅了12.5 km。否定了前人对BNS下方Moho存在20 km显著变化的认识。     

长江中下游成矿带及邻区地壳速度结构：来自利辛-宜兴宽角地震资料的约束

为了理解长江中下游地区在中生代成矿的深部动力学过程,Sinoprobe-03-02项目于2011年9月至10月,在跨宁芜矿集区和郯庐断裂带实施了从安徽利辛至江苏宜兴450km长的宽角反射/折射地震剖面。速度剖面结果显示,Moho面深度和地壳速度结构在郯庐断裂两侧东西方向存在明显的差异:(1)在东部扬子块体内部,地壳覆盖层厚3~5km,西部的合肥盆地下方,则达到4~7km。(2)剖面平均Moho面深度为30~32km左右,在郯庐断裂下方,Moho面深度在35km左右;在宁芜矿集区下方,Moho面整体深度偏浅,达30~31km左右,但局部范围内,Moho面深度至34km左右。(3)剖面的下地壳平均速度在6.5~6.6km/s左右,在宁芜矿集区下方,下地壳速度偏低,为6.4~6.5km/s左右。剖面上地幔顶部的速度结构平均在8.0~8.2km/s。在宁芜矿集区下方,速度偏低,为7.9~8.1km/s左右。(4)郯庐断裂带的下方,从地表开始,还存在20多千米长的低速异常带,一直延伸到Moho面附近。剖面的宁芜矿集区下方Moho面上隆、下地壳及上地幔的低速异常等壳幔结构特征,预示下地壳不以榴辉岩残体为主,支持燕山期地幔岩浆的上涌和侵入并成矿,是热上涌物质的源地。     

青藏高原板内地震震源深度分布规律及其成因

青藏高原板内地震以浅源地震为主, 下地壳基本上没有地震, 地震震源多集中在15~40 km的深度范围, 主要在中地壳内, 呈似层状弥散分布.其中30~33 km深度是一个优势层, 与壳内分层有关.总体上青藏高原南、北部的震源面略呈相向倾斜特征.70~100 km深度区间出现了比较集中的震级较小的地震, 可能与壳幔过渡带的拆离作用有关.高原内部的正断层系与板内地震密切相关, 是板内浅源地震的主控构造.总之, 青藏高原地震震源沿着活动的上地壳脆性层与软弱层之间的脆-韧性过渡带分布.这些板内地震活动属于大陆动力学过程, 与板块碰撞和板块俯冲无关.初步认为青藏高原浅层到深层多震层的成因分别是韧性基底与脆性盖层、韧性下地壳与脆性上地壳、韧性下地壳与脆性上地幔的韧-脆性转换、拆离和解耦的产物.      

Normal Faulting Type Earthquake Activities in the Tibetan Plateau and Its Tectonic Implication

Abstract: This paper analyzes various earthquake fault types, mechanism solutions, stress field as well as other geophysical data to study the crust movement in the Tibetan plateau and its tectonic implications. The results show that a lot of normal faulting type earthquakes concentrate in the central Tibetan plateau. Many of them are nearly perfect normal fault events. The strikes of the fault planes of the normal faulting earthquakes are almost in the N-S direction based on the analyses of the equal area projection diagrams of fault plane solutions. It implies that the dislocation slip vectors of the normal faulting type events have quite great components in the E-W direction. The extension is probably an eastward extensional motion, mainly a tectonic active regime in the altitudes of the plateau. The tensional stress in the E-W or WNW-ESE direction predominates the earthquake occurrence in the normal event region of the central plateau. A number of thrust fault and strike-slip fault type earthquakes with strong compressive stress nearly in the NNE-SSW direction occurred on the edges of the plateau. The eastward extensional motion in the Tibetan plateau is attributable to the eastward movement of materials in the upper mantle based on seismo-tomographic results. The eastward extensional motion in the Tibetan plateau may be related to the eastward extrusion of hotter mantle materials beneath the east boundary of the plateau. The northward motion of the Tibetan plateau shortened in the N-S direction probably encounters strong obstructions at the western and northern margins. Extensional motions from the relaxation of the topography and/or gravitational collapse in the altitudes of the plateau occur hardly in the N-S direction. The obstruction for the plateau to move eastward is rather weak.     

东昆仑大地震的深部构造背景

本文以深地震测深剖面资料揭示的地壳结构形态为切入点 ,探讨东昆仑 8.1级大地震的深部构造背景。沱沱河—小柴旦长 5 0 0km的剖面范围内发现两处大的莫霍面错断 ,分别位于东昆仑 柴达木结合带之下和金沙江断裂之下。青藏高原北部的地壳厚度 6 1～ 75km :莫霍面具有一致南倾 ,逐步加深的产状及弱反射性特征 ;下地壳明显增厚 ,但速度未见明显降低 ;上地壳发育逆冲、走滑断裂 ;地壳中部存在低速层。北邻的柴达木盆地地壳相对刚性 ,厚 5 2± 2km。东昆仑及邻区的壳幔结构有利于强地震孕育。在印度板块向北推挤和柴达木地块的向南插入的区域挤压应力场中 ,青藏高原北部较弱的下地壳缩短增厚 ,变形过程中的蠕滑引起地壳浅部的应力放大。但NE向主压应力的作用不是大地震形成的唯一要素 ,与青藏高原北部各地体侧向运动有关。侧向运动速率和幅度的差异使应力在各地体的边界断裂积累并使其复活。而低速层对形成孕育大地震需要的“立交桥式”的局部应力环境是必不可少的条件。     

Relationship between Crustal 3D Density Structure and the Earthquakes in the Longmenshan Range and Adjacent Areas

This paper presents the 3D density structure of crust in the Longmenshan range and adjacent areas,with constraints from seismic and density data.The density structure of crust shows that the immense boundary plane of density distribution in relation to the Longmeshan fault belt is extended downward to～80 km deep.This density boundary plane dips towards the northwest and crosses the Moho.With the proximity to the Longmenshan fault belt,it has a larger magnitude of undulation in the upper and middle crust ...     

Relationship between Crustal 3D Density Structure and the Earthquakes in the Longmenshan Range and Adjacent Areas

Abstract: This paper presents the 3D density structure of crust in the Longmenshan range and adjacent areas, with constraints from seismic and density data. The density structure of crust shows that the immense boundary plane of density distribution in relation to the Longmeshan fault belt is extended downward to ~80 km deep. This density boundary plane dips towards the northwest and crosses the Moho. With the proximity to the Longmenshan fault belt, it has a larger magnitude of undulation in the upper and middle crust levels. Density changes abruptly across Longmeshan fault belt. Seismic data show that most of the earthquakes in the Longmenshan area after the 2008 Ms8.0 Wenchuan Earthquake occurred within the upper to middle crust. These earthquakes are clearly distributed in the uplifted region of the basement. A few of them occurs in the transitional zone between the uplifted and subsided areas. But most of the earthquakes distributes in transitional zone from subsided to uplifted areas in the upper and middle crust where relatively large density changes occurr The 3D density structure of crust in the Longmenshan and adjacent areas can thus help us to understand the pattern of overthrusting from the standpoint of deep crust and where the earthquakes occurred.     

青藏高原地球动力学初探

青藏高原是当今世界上最高、最大和最年轻的高原。青藏高原的地球动力学研究是一个复杂而饶有兴趣的问题。本文试图从高原的范围、地球物理特征、地震活动、构造演化和新构造运动等方面探讨其地球动力学过程。 从新构造分析,笔者着重指出,青藏高原是欧亚大陆板块中最活动的一个块体,它在造就中国乃至东亚新构造运动的格局方面,是一个十分重要的因素。     

Compressive Tectonics around Tibetan Plateau Edges

Various earthquake fault types, mechanism solutions, stress field, and other geophysical data were analyzed for study on the crust movement in the Tibetan plateau and its tectonic implications. The results show that numbers of thrust fault and strike-slip fault type earthquakes with strong compressive stress near NNE-SSW direction occurred in the edges around the plateau except the eastern boundary. Some normal faulting type earthquakes concentrate in the Central Tibetan plateau. The strikes of fault planes of thrust and strike-slip faulting earthquakes are almost in the E-W direction based on the analyses of the Wulff stereonet diagrams of fault plane solutions. This implies that the dislocation slip vectors of the thrust and strike-slip faulting type events have quite great components in the N-S direction. The compression motion mainly probably plays the tectonic active regime around the plateau edges. The compressive stress in N-S or NE-SW directions predominates earthquake occurrence in the thrust and strike-slip faulting event region around the plateau. The compressive motion around the Tibetan plateau edge is attributable to the northward motion of the Indian subcontinent plate. The northward motion of the Tibetan plateau shortened in the N-S direction encounters probably strong obstructions at the western and northern margins.     

Relation between electrical resistivity and earthquake generation in the crust of West Anatolia, Turkey

In this paper, we present a relation between the earthquake occurrence and electric resistivity structures in the crust, in West Anatolia and the Thrace region of Turkey. The relationship between magnetotelluric georesistivity models and crustal earthquakes in West Anatolia, during a period from 1900 to 2000, is investigated. It is found that most of the large crustal earthquakes occurred in and around the areas of the highest electrical resistivity in the upper crust, although rare small magnitude earthquakes are observed in some parts of the conductive lower crust in West Anatolian extensional terrain. The high-resistivity zones may represent rocks that are probably mechanically strong enough to permit sufficient stress to accumulate for earthquakes to occur in western Anatolia and the Thrace region. However, some recent studies state that the generation of a large earthquake is not only a pure mechanical process, but is closely related to fluid existence. We also reviewed recent world-wide researches including results from the Anatolian data for the first time and discussed all general findings in combination. Our findings show that the boundary between the resistive upper crust and the conductive lower crust correlates well with the cutout depth of the seismicity in West Anatolia and Thrace. This boundary is also attributed to the fluid bearing brittle–ductile transition zone in world literature. Fluid migration from the conductive lower crust to the resistive upper crust may contribute the seismicity in resistive zones. Alternatively, the upper–lower crust boundary may act as a stress concentrator and fluids may help to release strain energy in brittle parts of lower crust, by small magnitude earthquakes, whereas they may help in focusing strain in mechanically strong and electrically resistive zones for large earthquakes to occur.     

青藏高原北缘深部地壳结构特征及其形成机制探讨

柴达木盆地－祁连山地区位于青藏高原北缘，同青藏高原主体一样，该区具有多层地壳结构特征，并普遍出现壳内低速层，地壳厚度是华北及华南地区的2倍以上。其形成可能与地壳的横向挤压缩短及幔源物质的底侵作用有关。随着底侵作用增强，地壳厚度加大，岩石圈厚度则越趋于减薄，地壳上部表现为拉张，下部发生壳幔深熔及幔源流体的交代作用，从而导致了地壳低速层，地热和浅源地震的发育。同时，这也是青藏高原出现热壳冷幔的原因之一。     

南北地震带南段震源空间分布特征及其构造意义

大陆浅源地震震源空间分布可以看作是一种地球物理特征,大量震源的空间位置数据可用来刻划大陆地壳结构。通过研究南北地震带南段震源的空间分布特征,发现研究区震源深度分布在横向上的疏密变化与地质构造特征相对应。剖面震源分布等密度图显示,中、下地壳不同深度广泛分布着多震层。多震层的分布与地壳低速、低阻层具有相关性,多震层一般位于低速、低阻层的上方。中地壳层次的低速、低阻层很可能是壳内滑脱层,是韧性下地壳与脆性上地壳发生拆离解耦的构造层次;下地壳低速、低阻层是部分熔融、含流体的韧性流变层;壳内多震层的构造属性应是上地壳硬的脆性层,容易发生突然破裂,产生地震。低速、低阻层是大陆板块内部上地壳脆性层构造过程的主控因素,包括对大陆内部浅源地震的控制;因此,在低速、低阻层之上往往形成多震层,越是活动性强的低速、低阻层,其上多震层震源密度越高。南北地震带南段不同层圈和块体之间的差异运动控制了其地壳层次的构造活动,包括大量地震的发生,其中,下地壳流层与上地壳脆性层的差异运动在中地壳层次发生剪切拆离是最重要的因素。