一种改进的适应于倾斜Moho面的H-κ-θ叠加方法及应用

地壳厚度、波速比或泊松比是研究地壳结构和性质的基本地震学参数,对于研究地壳组分特征及构造演化具有重要意义.经典H-κ叠加方法是利用远震接收函数资料求取台站下方地壳厚度和波速比最为简便高效的方法.但该方法隐含着Moho面是水平界面的假设条件,意味着Ps转换波及后续多次波相对P波的走时主要取决于地壳厚度和纵横波速度,而忽略了界面产状的影响.理论模拟表明,如果不考虑Moho面的产状,特别是在Moho面倾角较大的情况下,利用经典H-κ叠加方法得到的地壳厚度和波速比会偏离实际模型,尤其会造成波速比的过高估计,从而影响到对地壳结构和性质的认知.为了解决Moho面倾斜条件下的地壳厚度和波速比求取问题,本文推导了界面倾斜条件下Ps转换波与后续多次波相对于直达P波的理论到时公式;基于经典H-κ叠加方法的思想,提出了一种可以同步求取地壳厚度-波速比-Moho面倾角的H-κ-θ叠加方法.通过理论模型测试,验证了该方法具备较高的稳定性和可靠性,并将此方法应用于青藏高原南部Hi-CLIMB台阵资料,显示出较好的应用潜力.     

接收函数与重力联合估计的技术与应用研究进展

接收函数与重力联合估计技术是一种估计地壳厚度和波速比参数的方法,自2011年由Lowry和Pérez-Gussinyé提出以来,经过国内外学者的发展和改进,该方法已日渐成熟,应用领域渐广.与单一接收函数H-κ叠加法相比,该方法由于引入了重力约束,可以在一定程度上降低估计的不确定性,获取台站下方更为准确的地壳厚度与波速比...     

华北克拉通中西部地区地壳厚度与波速比研究

本文使用华北科学台阵和中国国家地震台网164个地震台站记录的远震波形资料,用最大反褶积方法提取接收函数,采用接收函数H-k叠加方法得到了各台站下方的地壳厚度和波速比.研究结果表明,华北克拉通中西部地区的地壳厚度由东向西加深,其中东部的华北平原地区地壳厚度介于30～33 km,中部的燕山—太行地区地壳厚度介于33～40 ...     

利用接收函数研究兴蒙造山带阿巴嘎地区的地壳结构

本文利用内蒙阿巴嘎地区布设的38个宽频带地震台站记录到的远震数据,采用P波接收函数共转换点叠加方法（CCP）揭示台站下方Moho面起伏形态,并利用H-κ方法进一步得到地壳厚度和壳内平均波速比值.结果显示,研究区地壳厚度为35~44 km,均值约为40 km,西南部的鄂尔多斯盆地边缘地壳较厚,东北部的阿巴嘎火山群地区地壳显著变薄.研究区地壳平均波速比值在1.70~1.87之间,均值为1.76,其中阿巴嘎火山地区波速比值明显偏高.CCP叠加结果显示研究区Moho界面较平缓,但在缝合带附近存在明显的变化.我们推测,新生代阿巴嘎火山地区薄的地壳和高波速比值可能是由于火山活动底侵作用引起上地幔铁镁质物质侵入下地壳所致.     

基于多台站的接收函数和重力联合反演确定莫霍面起伏和地壳平均波速比

地壳厚度和波速比是研究地壳结构和组分的两个重要参数,可为区域构造研究提供重要约束。接收函数被广泛地用于确定地壳厚度和波速比,例如H-κ方法或H-κ-c方法,但是该方法只能确定台站下方的地壳厚度和速度比,当地震台站分布稀疏时,很难约束台站间的横向不均匀性。另一方面,重力数据也可用于莫霍面的起伏变化研究,它在横向上覆盖很好,有较高的分辨率,但在纵向上分辨率相对较低。为此,本研究提出了一种联合反演算法求解莫霍面深度和地壳波速比参数。联合反演算法综合考虑了接收函数在纵向上的较高分辨率和重力数据在横向上的较高分辨率,同时拟合区域内所有台站上的接收函数和区域重力数据。模型测试表明联合反演算法较单一的接收函数反演更精确,特别是对于地壳厚度的确定。     

利用接收函数H-k-c叠加方法研究新源地震台下方地壳厚度和泊松比

以新源地震台2016—2020年记录的震中距在30°～90°的远震波形数据为基础,用时间域迭代反褶积方法提取远震P波接收函数,采用一种具有谐波校正的广义接收函数H-k叠加方法H-k-c计算台站下方的地壳厚度及泊松比。结果表明H-k-c方法明显改善地壳厚度和泊松比的估计,新源地震台下方地壳平均厚度约56.3 km,泊松比约0.25。     

接收函数方法及研究进展

远震P波波形数据中包含了大量在台站下方地壳上地幔速度间断面所产生的P-S转换波及其多次反射波的信息，是研究台站下方局部区域S速度分布理想的震相，由此产生的接收函数方法是反演台站下方S波速度结构的有效手段。接收函数方法可以通过波形反演拟合接收函数的径向分量，对观测台站下方地球介质的S波速度结构进行估计，也可以通过偏移叠加获得的接收函数道集（地震剖面图）追踪速度间断面。这种方法避免了对天然地震震源及其附近结构混响效应等复杂因素的影响，对S波速度的垂向分布敏感，垂向分辨率高。由于宽频带流动地震台阵的发展，用此方法还可获得研究区域速度结构的横向变化，横向分辨能力主要取决于台站的间距。本文回顾20年来接收函数研究的进展，探讨了方法研究的发展趋势，介绍了对地壳-上地幔结构的部分研究结果。     

分析P、S波接收函数得到的云南岩石圈结构

P波接收函数通过分离间断面上产生的P-to-S转换波来测量间断面的深度,由于地壳多次相的干扰,导致这一方法用于测岩石圈—软流圈界面(LAB)受到了很大的限制.不过,S波接收函数可以克服这一问题,因为它分离S-to-P转换相,而这一转换相比入射S波提前到达台站,于是避开了迟到的地壳S波振荡相.然而,由于S波的频率比P波低,这将导致S波接收函数的分辨率较P波接收函数的低.为了作对比分析,本文利用云南地区13个固定台站记录的远震三分量资料,分离出台站下方的P、S波接收函数,而且这些接收函数被校正到67°的参考震中距处,以便进行叠加增强信噪比.最后将时间域的叠加信号转换到深度域,分别获取台站下方的地壳和岩石圈的厚度.结果表明:P波接收函数得到的地壳厚度在32~56 km之间,S波接收函数得到的地壳厚度在41~54 km之间,S波接收函数得到地壳厚度系统地偏大8~9 km;P波接收函数得到的LAB深度在65~110 km之间,S波接收函数得到的LAB深度在66~135 km之间,S波接收函数得到的LAB深度偏大15~20 km,最大偏差达到了25 km.     

用多道反褶积方法测定台站接收函数

本文提出了一种在时间域用多道反褶积测定台站接收函数的方法, 以提高台站接收函数的测量精度与分辨率.在单道反褶积的基础上，选取若干个质量较好的远震P波波形事件，构成多道信号，以垂直分量为输入，径向和切向分量作为期望输出，依据最小二乘，设计多道滤波器，提取接收函数.合成地震图与观测地震图的检验表明, 多道滤波方法能有效地测定台站接收函数，特别是多道反褶积能够有效地恢复地壳上地幔间断面所产生的弱转换波震相.     

接收函数方法与华北克拉通北部岩石圈结构的研究

正自从Langston提出接收函数以来,随着地震观测台网越来越密集,利用地震台阵观测研究构造带下方速度结构取得了重要进展,很多学者利用接收函数研究地壳上地幔速度结构。虽然P波接收函数可以获得地壳上地幔结构,但由于莫霍面和壳内间断面多次反射震相的干扰,单纯考虑Ps转换震相难以精确地确定岩石圈边界。Farra和Vinnik利用类似提取P波接收函数的方法得到Sp转换震相的S波接收函数。相比P波接收函数,由于S波接收函数不受间断面多次反射震相的干扰,因而在岩石圈—软     

中国华南地区地壳厚度与波速比分布特征及其地质意义

本研究利用中国国家地震台网336个固定地震台站记录的远震波形资料,通过P波接收函数H-κ分析估算了中国华南地区的地壳厚度和地壳平均波速比.研究结果显示,地壳厚度约为25~46 km,整体表现西深东浅的变化特点.研究区地壳厚度变化分别与布格重力异常和地形呈现负相关和正相关.扬子块体东部显示较低地壳波速比(<1.7)可能与地表沉积岩的存在相关.四川盆地内部的平均地壳波速比(约1.71~1.8)与全球大陆地盾/克拉通地区相当.但其周围地区地壳平均波速比明显增高(1.81~1.95),推测可能是克拉通形成过程中岩浆的底侵引起下地壳组分以铁镁质麻粒岩为主.华夏块体西部表现为薄的地壳厚度和低的地壳平均波速比(1.65~1.75),暗示该区基性下地壳物质的缺失可能与增厚的地壳发生拆沉有关.华夏块体东南段呈现出较高的地壳平均波速比(约1.77~1.86),地壳组成以中基性铁镁质为主,推断可能与晚中生代铁镁质岩浆底侵作用密切相关.     

兴蒙造山带诺敏河火山群地壳厚度与波速比研究

利用布设于兴蒙造山带诺敏河火山群地区的宽频带流动地震台站资料,基于接收函数方法,获取了该地区的地壳厚度与波速比值.研究结果显示,该地区的地壳厚度介于32~38 km,莫霍面深度在空间上分布特征与五大连池为中心的火山带分布具有较好的一致性：沿着火山带延展方向地壳较薄.该地区的波速比介于1.74~1.84,波速比在空间上与地壳厚度变化具有一致性：高波速比主要集中于靠近五大连池火山带地区,向诺敏河火山和小古里河火山延展.研究认为：诺敏河火山与五大连池火山带可能具有相同的岩浆来源,可能与富钾岩石圈地幔拆沉作用造成的地幔热物质上涌有关.研究区地壳厚度与波速比呈现负相关关系,暗示该地区可能发生过岩浆底侵作用.     

利用远震接收函数揭示的喜马拉雅东构造结台阵下方地壳结构及其动力学意义

在喜马拉雅造山带的东缘,雅鲁藏布江缝合带在这里发生急剧转折,南迦巴瓦变质体快速隆起,然而关于东构造结的形成机制一直未有定论.利用围绕南迦巴瓦峰的48个宽频带地震台站记录的远震数据提取P波接收函数,采用改进的H-κ叠加方法和共转换点叠加方法综合研究了东构造结的地壳厚度、波速比分布和地壳结构特征.结果表明:研究区平均地壳厚度为64.03 km,大部分台站介于60.48~66.55 km范围;平均波速比为1.728,主要集中范围为1.696~1.742.东构造结地壳厚度横向变化剧烈,构造结西端和北端厚而中间薄,东构造结核部Moho面呈现上隆的构造形态,东西向上隆幅度约为6~7 km,南北向的上隆超过9~10 km.东构造结核部地壳上隆减薄可能由高密度、高波速的岩石圈撕裂残片拆沉到上地幔软流圈后重力失衡所致.平均波速比超过1.8的高值异常展布于东构造结的两侧,推测为环东构造结的壳内部分熔融体.东构造结地壳上隆减薄和壳内部分熔融的存在很可能均与幔源热物质的上涌有关,而软流圈地幔的上涌则可能由印度板片的撕裂引起.     

利用接收函数方法研究中国东北东南部地区不同构造体的地壳特征

基于我们布设的探测深俯冲的中国东北地震台阵NECsaids台阵和固定地震台长时段的观测记录及NECESSArray流动台阵共计152个台站数据提取得到的33752条P波接收函数,采用H-κ叠加分析和共转换点（CCP）叠加成像等方法进行统一分析处理,并汇集他人接收函数研究结果得到中国东北东南部地区迄今为止最高分辨率的地壳厚度和平均波速比分布图像.对中国东北东南部地区不同构造体的地壳特征综合分析研究表明：研究区不同陆块的地壳属性存在明显差别,张广才岭地块中南部的地壳厚度和波速比与华北克拉通东北缘相当,地壳厚度同地表地形之间显示有明显的正相关关系;松辽地块东南缘地壳最薄、波速比最高,地壳厚度同壳内波速比之间显示出明显的负相关关系;兴凯地块西部地区的地壳结构表现为稍厚的地壳厚度和研究区内最低的壳内波速比,其地壳厚度同壳内波速比之间亦显示出明显的负相关关系;佳木斯地块西南缘在具有"正常"的壳内波速比同时地壳最厚.研究区内的郯庐断裂带北延段在切穿其下Moho面的同时表现出南北分段的特征：北段（44.4°N—47°N）两分支之下的Moho面整体下凹,而南段（41.5°N—43.3°N）两分支之下的Moho面则整体上隆.长白山天池火山下方表现为Moho面下凹沉落及高壳内波速比特征,推测其壳内岩浆囊很可能存在于火山口东北隅至少10 km的范围内.     

利用近震高频接收函数研究四川理县西山村滑坡体结构

远震接收函数已广泛用于反演台站下方的结构,然而由于地球的非弹性衰减作用,远震数据较难获得高频接收函数,对浅地表结构约束不足.为了克服这一问题,我们使用近震数据的高频接收函数来研究浅表速度结构,并应用于四川理县西山村滑坡体上3个宽频带地震仪记录到的近震事件.本文发展了接收函数V_P-k(V_P/V_S)叠加方法,结合接收函数H-k叠加和波形反演方法获得了台站下方滑坡体的厚度、S波速度和平均V_P/V_S比,并与钻孔得到的滑坡体厚度进行对比.结果表明,滑坡体具有小尺度的横向不均匀性,台站下方滑坡体的平均V_P/V_S比在2.4~3.1之间变化并且在底层存在78~143m·s~(-1)左右的S波低速层.本文观测到的高V_P/V_S比和底层低的S波速度结构,与电磁法获得的滑坡体底层低的电阻率和底部富水特征一致,表明滑坡体h1底界面的抗剪强度相对较弱,是潜在的滑坡危险区域.本文研究结果表明,利用近震接收函数能有效约束浅表的速度结构,进而能为滑坡灾害治理提供一定的地震学参考.     

接收函数揭示的兴蒙造山带西南部的地壳结构特征

针对构造演化历史甚为复杂的兴蒙造山带的地壳结构探测较为有限的问题,本研究利用2016-2018年布设在兴蒙造山带西南部的第3期NECsaids地震台阵和固定地震台及NECESSArray的流动台数据,采用时间域最大熵谱反褶积方法提取到研究区的24027条高质量P波接收函数,进而采用H-κ和共转换点(CCP)叠加方法以及分层剥离转换震相分析地壳各向异性的方法来辨识研究区的地壳结构特征.分析表明:研究区地壳各向异性整体呈近NW向和近EW向,与区域速度场和板块绝对运动方向一致,表明现今地壳结构主要受控于太平洋板块构造域;大兴安岭-太行山重力梯级带是明显的地壳结构差异过渡区,其西侧地壳厚度明显高于东侧且呈降低趋势,而平均波速比则呈现东西两侧盆地较高的分布特征;局部地区的高波速比和不同的各向异性特征则显示受到新生代火山和断裂活动的改造作用,二连盆地的厚地壳和复杂的各向异性特征则展现出古亚洲洋闭合及蒙古-鄂霍茨克和古太平洋等多期构造作用的可能影响.     

中国东北地区高分辨率地壳结构:远震接收函数

利用分布在东北地区的国家地震局台网、NECESSArray台网、吉林大学在长白山及其周边地区布设的26个临时台站总计259个台站接收到的16,070条高质量的P波接收函数,采用H-k和CCP(Common Conversion Point,共转换点)叠加成像方法,获得该区高分辨率的地壳结构.观测结果显示,东北地区莫霍界面深度和地表高程总体呈镜像关系;西部大兴安岭—太行山重力梯级带附近存在莫霍界面深度陡变带;中部的松辽盆地地区受晚中生代的地壳拉伸作用影响,地壳厚度较薄,北部的小兴安岭地区和南部的华北北缘造山带可能同样受拉伸运动影响,具有较小的地壳厚度;松辽盆地莫霍界面深度由西向东逐渐减小,推测这与太平洋板块俯冲作用有关;东部地区莫霍界面结构比较复杂,依兰—伊通断裂与敦化—密山断裂之间出现复杂震相,可能与该区存在地幔物质的底侵作用有关;长白山火山地区地壳厚度较大,对应较高的波速比,推测在该区地壳内存在岩浆囊.     

The crust and upper mantle discontinuity structure beneath Alaska inferred from receiver functions

In this study, three receiver function stacking methods are used to study the detailed crust and upper mantle structure beneath south-central Alaska. We used teleseismic waveform data recorded by 36 stations in the Broadband Experiment Across the Alaska Range (BEAAR) and 4 permanent stations in Alaska. H − κ stacking method using P-to-S converted wave and its multiply reflected waves between the Earth's surface and the Moho discontinuity is adopted to estimate the crustal thickness (H) and average crustal V_P/V_S ratio (κ) in this region. The receiver function results for 24 stations show that the crustal thickness under Alaska ranges from 26.0 to 42.6 km with an average value of 33.8 km, and the V_P/V_S ratio varies from 1.66 to 1.94 with an average value of 1.81 which corresponds to an average Poisson's ratio of 0.277 with a range from 0.216 to 0.320. High Poisson's ratios under some stations are possibly caused by partial melting in the crust and the uppermost mantle. Common converted point (CCP) stacking results of receiver functions along three lines show clear Moho and slab images under this subduction zone. The depths of the slab from our CCP stacking images are consistent with those estimated from the Wadati–Benioff Zone (WBZ). In the area between two stations DH2 (147.8°W, 63.3°N) and DH3 (147.1°W, 63.0°N), a Moho depth offset of about 10 km is found by both the H − κ and CCP stacking techniques. Common depth point (CDP) stacking of receiver functions shows not only the 410-, 520- and 660-km discontinuities, but also significant variations (−30 to 15 km) in the transition zone thickness under the southwest and southeast parts of the study region. The transition zone becomes thinner by 20–30 km, indicating that the temperature there is 150–200 K higher than that of the normal mantle.     

远震P波接收函数揭示的张家口(怀来)—中蒙边境(巴音温多尔)剖面地壳厚度与泊松比

本文使用时间域迭代反褶积算法,从张家口(怀来)—巴音温多尔一线布设的41个宽频地震台站、1年期间记录的连续三分量数据中提取到高质量的P波接收函数1844个.用H-κ扫描方法获得了测线下方Moho深度与波速比值(VP/VS)进而计算出泊松比,用共转换点(CCP)叠加方法获得了沿测线Moho面起伏图像.结果显示:(1)测线下方Moho深度平均40km,仅各块体边界处出现Moho深度小尺度急剧变化.整体上,Moho面产状相对于索伦缝合带大致对称,在缝合带南侧的温都尔庙带和白乃庙带下方呈南倾趋势,在缝合带北侧的宝力道带、贺根山杂岩带下方呈北倾趋势.(2)华北克拉通北缘泊松比总体较高,兴蒙造山带整体较低;各次级块体内部泊松比分布相对稳定,块体分界带附近往往存在泊松比值的升降扰动.(3)整条测线地壳厚度和泊松比之间存在弱的负相关关系,表明存在构造作用的影响.(4)整条测线泊松比呈现以索伦缝合带南缘为对称轴的非线性分布.本文所获得的地壳上地幔结构以及泊松比分布特征,支持古亚洲(索伦)洋(南北)双向俯冲,最终沿林西断裂闭合的动力学模式.