山西断陷带地区高分辨率地壳速度结构及其构造演化意义

山西断陷带是中国大陆内部一条著名的板内强震带,位于华北克拉通中部造山带.华北克拉通中部造山带是华北克拉通东部块体和西部鄂尔多斯块体的缝合带,中部造山带形成后遭受了后期构造活动的改造,内部岩石圈结构复杂.获得山西断陷带地区的精细地壳结构对于认识山西地区的构造演化、发震机制有重要意义,并且能够为研究华北克拉通的形成演化提供参考.为了得到山西断陷带区域的精细地壳结构,本文利用山西及周边地区108个台站共18个月的连续波形数据,利用背景噪声互相关方法提取了4437条瑞利面波相速度频散曲线,周期范围为5～45s,然后使用基于面波射线路径追踪的面波直接成像方法得到了0～60km深度的三维横波速度结构模型.模型的横向分辨率在多数区域可达50～80km.成像结果显示,太原盆地的沉积厚度小于5km. 0～10km深度的速度分布与山西地表构造有很好的对应关系,裂谷中部为低速,而两侧隆起区为高速,低速区东西两侧边界与控盆断裂基本重合.随着深度的增加,低速区域有所收缩,且低速异常一直从地表沉积延伸到地下15km左右.从25km深度附近开始,中南部太原盆地、临汾盆地、运城盆地由上地壳的低速异常转为下地壳的高速异常,并一直延伸到上地幔顶部,可能为盆地拉张之前第三纪早期的玄武岩岩浆底侵至下地壳深度,之后冷却呈现出高速特征.大同火山区的低速异常从上地幔顶部一直向上延伸至20km深度,并由西向东转移,较清晰地显示了大同火山岩浆上涌通道.北纬38°以北大面积的低速区,可能是新生代以来大同火山大量的岩浆活动引起地壳升温乃至部分熔融造成的.该地区的地震主要分布在断陷带区域的5～20km深度范围内,且地震大都发生高低速转换区域偏向高速的地区.本研究获得的三维高分辨率地壳速度结构模型为认识山西断陷带地区的构造演化及地震分布特征提供了重要的地震学约束.     

从短水准观测资料探讨山西省区域地壳形变特征

运用山西省大同、代县、太原、临汾 4个地震台短水准观测资料,对大同盆地、忻定盆地、太原盆地、临汾盆地的地壳形变特征进行分析.结果表明,山西南部、忻定盆地呈趋势性变化,中部、北部地区形变比较大,存在中期异常背景.     

昆明市区浅部速度结构与隐伏断裂特征

利用昆明市区的人工地震资料的Pg震相,通过三维有限差分方法对昆明地区浅部速度分布及构造进行反演,探讨了速度结构与隐伏断裂的关系以及主要活动断裂向深部的伸展情况. 其中,普渡河——西山断裂在各种深度速度分布图上都在低速异常区的西边界上,是昆明盆地西侧的边界断裂, 表现为以陡倾角向东倾斜, 且向深部延伸深度较大. 而普吉——韩家村断裂和黑龙潭——官渡断裂则控制盆地中部的低速异常区,向深部延伸深度相对较小,未穿过盆地基底界面.      

利用密集台阵近震层析成像研究云南宾川上地壳速度结构

滇西北宾川盆地是发育于红河断裂和程海断裂交汇处的晚新生代张扭断陷盆地,该区活动断裂发育且历史地震比较活跃.对宾川盆地及邻区进行高精度浅层和上地壳精细结构研究,有助于深入认识该区主要发震构造的深浅部特征.基于2017年在宾川盆地及其附近开展的为期2个月的密集台阵观测数据,我们对该区96个小震共拾取了117221条初至P波和5475条初至S波震相,并利用simul2000开展了地震重定位和体波层析成像研究.结果表明:(1)小震活动主要集中在宾川盆地东缘断裂的弧形转折部位,并在洱海南侧呈现沿北东向断裂的条带状分布现象,反映了区域上近南北向至北东向断裂是主要控震构造,其次是北西向断裂带.(2)0 km的速度分布与区域地形有很好的对应关系.山地呈现高速异常,宾川盆地呈现低速异常.从3 km至9 km,高低速分界与断层有很好的对应,并且越往深部,近南北向至北北东向的宾川盆地东缘断裂在上地壳构造的控制作用越明显.(3)上地壳层析成像结果同时揭示了宾川盆地东缘断裂的三维形态变化在空间上呈现出南北部倾角大、中部倾角缓的变化特征,可能与区域地块的旋转变形过程有关.(4)综合高精度浅层速度结构和地震重定位结果可知,区域上的近南北向至北北东向断裂正逐步取代北西向构造,成为主要的区域分界断裂和控震构造.新的研究结果为深入理解该区的主要控震构造及其深部结构特征提供了重要依据.     

鄂尔多斯块体东部边界带新地质构造与地震活动的几个特点

鄂尔多斯块体东部边界带为南起渭河盆地、运城盆地,经临汾盆地、太原盆地,忻定盆地,北至大同盆地及怀来延庆盆地等新生代断陷盆地带。亦称山西裂谷带或山西隆起断陷带。     

利用密集台阵近震层析成像研究云南宾川上地壳速度结构

滇西北宾川盆地是发育于红河断裂和程海断裂交汇处的晚新生代张扭断陷盆地,该区活动断裂发育且历史地震比较活跃.对宾川盆地及邻区进行高精度浅层和上地壳精细结构研究,有助于深入认识该区主要发震构造的深浅部特征.基于2017年在宾川盆地及其附近开展的为期2个月的密集台阵观测数据,我们对该区96个小震共拾取了117221条初至P波和5475条初至S波震相,并利用simul2000开展了地震重定位和体波层析成像研究.结果表明：（1）小震活动主要集中在宾川盆地东缘断裂的弧形转折部位,并在洱海南侧呈现沿北东向断裂的条带状分布现象,反映了区域上近南北向至北东向断裂是主要控震构造,其次是北西向断裂带.（2）0 km的速度分布与区域地形有很好的对应关系.山地呈现高速异常,宾川盆地呈现低速异常.从3 km至9 km,高低速分界与断层有很好的对应,并且越往深部,近南北向至北北东向的宾川盆地东缘断裂在上地壳构造的控制作用越明显.（3）上地壳层析成像结果同时揭示了宾川盆地东缘断裂的三维形态变化在空间上呈现出南北部倾角大、中部倾角缓的变化特征,可能与区域地块的旋转变形过程有关.（4）综合高精度浅层速度结构和地震重定位结果可知,区域上的近南北向至北北东向断裂正逐步取代北西向构造,成为主要的区域分界断裂和控震构造.新的研究结果为深入理解该区的主要控震构造及其深部结构特征提供了重要依据.     

山西系舟山西麓断裂右旋错动证据及全新世滑动速率

山西断陷的忻定盆地和太原盆地之间为石岭关横向隆起。系舟山西麓断裂即位于石岭关隆起东侧的基岩和黄土梁界线附近,走向北5°—15°东,倾向西,倾角65°,向北与北东东走向的系舟山北麓断裂相交,向南隐伏于太原盆地。它是一条连接太原和忻定两盆地的现代活动断裂。经野外工作,我们发现了该断     

山西断陷带上地幔顶部Pn波速度结构与各向异性成像

本研究拾取了中国数字测震台网固定台站记录的2008—2019年期间发生在山西断陷带及邻区2级以上天然地震事件及陕西神木、府谷等3级以上非天然地震事件共25304条高质量Pn到时数据,反演了山西断陷带及邻区上地幔顶部高分辨率Pn波速度结构与各向异性.研究结果显示,山西断陷带及邻区Pn波速度结构差异较大,大同火山及以南区域、忻定盆地、太行山造山带、华北盆地南部和吕梁山局部地区表现为显著的低波速异常,而运城盆地、临汾盆地北部、太原盆地、大同盆地北部、华北盆地北部和鄂尔多斯块体呈现明显的高波速异常.大同火山下方上地幔顶部的低波速异常与Pn快波方向呈现以火山为中心的近发散状结构特征,结合已有的远震上地幔成像结果,暗示大同火山岩浆可能来源于地幔深部,岩浆的底侵或热侵蚀作用造成了该地区岩石圈的破坏以及整个华北克拉通的"活化",这一推论符合克拉通的热-化学侵蚀破坏模型.山西断陷带上地幔顶部速度异常形态较好的对应了研究区的地质构造,Pn快波速方向与地质构造的展布方向和SKS波各向异性的特征基本一致,说明变形形式以简单剪切为主,表明其形成和演化过程与上地幔物质运移过程有密切关系.     

山西省及邻区洞体形变异常指标的研究

山西省共有6个洞体形变观测点(定襄、离石、太原、昔阳、临汾、侯马),台点主要分布在忻定盆地、太原盆地、临汾盆地和部分隆起区内,整个布局与山西地震地质构造背景一致.     

临汾盆地地壳精细结构和构造——地震反射剖面结果

采用深、浅地震反射相结合的探测方法,对临汾盆地的地壳结构和隐伏活动断裂进行了研究.结果表明,研究区地壳具有清晰的上、中、下地壳结构特征,其地壳厚度约为38~42 km.临汾盆地为典型的半地堑沉积盆地,盆地沉积层最深处约为5~6 km.莫霍面在临汾盆地下方出现约3 km的上隆,其展布形态与盆地基底呈“镜像”对应关系,显示出临汾盆地为拉张作用下的纯剪切盆地模式.深地震反射剖面揭示的一系列铲状或面状正断层在剖面上表现为“负花状”构造特征,其中,罗云山山前断裂和浮山断裂为临汾盆地的东、西边界控制断裂,具有规模大、切割深度深和多期活动的特点,对临汾盆地的形成、地层沉积和褶皱以及地震活动都有重要的控制作用.研究结果为深入理解该区的深部动力学过程、分析研究深浅构造关系、评价断裂的活动性提供了依据.     

鄂尔多斯及周边区域噪声层析成像研究

基于中国地震科学探测台阵在鄂尔多斯及周边地区布设的461个地震台为期2年的地震观测资料,采用背景噪声层析成像方法,研究获得了鄂尔多斯及周边地区5—46 s周期、分辨率高达0.3°×0.3°的瑞雷面波相速度分布图像。与基于程函方程的地震面波成像结果对比看出,噪声层析成像在较短周期具有明显的优势（5—16 s）,可以获得更高分辨率的成像结果。短周期（5—10 s）的相速度分布揭示,河套盆地、太原盆地和运城盆地等均表现为显著的低速异常,表明这些盆地的新生代沉积较厚,临汾盆地为弱低速异常,推测其沉积层相对较薄;鄂尔多斯地块内部浅层速度较低,与该地区中生代具有较厚的沉积相一致;大同火山区为高速异常,可能是由该地区分布的新生代玄武岩引起的。鄂尔多斯内部中上地壳存在明显的北东向高速异常带,推测很可能与鄂尔多斯地块的基底拼合有关。中长周期（20—44 s）的相速度成像结果显示,鄂尔多斯地块表现为明显的高速异常,该异常在灵石隆起和临汾盆地一带可向东延伸至太行山造山带,推测这一地区在华北克拉通破坏过程中属于破坏较轻的地区,保留了部分高速的岩石圈根。大同火山区及河套盆地地区具有明显的低速异常,随着周期的增加低速异常逐渐集中分布在大同火山区附近,推测河套盆地深部热作用可能源自其东部大同火山区附近的深部地幔。      

山西临汾震区地壳上地幔构造的研究

利用郑州－临汾－靖边深地震测深剖面临汾，阳城炮点所获得的太行山至靖边段的观测资料，在以往解释的基础上重新进行了对比解释。研究结果表明：临汾与其东西两侧壳幔结构与构造的差异是极其明显的，其主要特征如下：（１）对仅在临汾以西出现的强震相Ｐ２进行了解释，并在ＰＭ波之前识别出一组来自下地壳的反射波Ｐ５；（２）根据临汾以西Ｐｇ与Ｐ２波的特征，我们确认在临汾盆地下方及其西侧，中地壳的上部８－１２ｋｍ深度内存在     

利用区域双差层析成像方法研究川滇南部地壳结构特征

本文联合使用云南、四川和贵州地震台网的85个地震台站在2008年1月—2017年12月期间记录的49130个地震、317366个初至Pg震相绝对到时数据和2674110条高精度的相对到时数据,采用区域双差地震层析成像方法联合反演了川滇南部地壳三维P波速度结构和39621个地震的震源参数,探究了川滇南部中下地壳流和腾冲火山区岩浆囊的分布特征.研究结果表明：（1）川滇南部上地壳的速度异常特征与地表地形密切相关;（2）小江断裂带的中下地壳存在一条绵延近二百多公里的低速异常结构,最南端受到红河断裂带的阻挡而终止于断裂带南段北侧,这可能是川滇南部的一条中下地壳流,低速异常结构在红河断裂带南段转而向南东流动反映了红河断裂带可能为川滇菱形块体的西南边界;（3）红河断裂带各段速度异常存在明显的差异,重定位后的震源分布显示红河断裂带中段和南段虽然不如北段地震活动强烈,但地震震源深度分布较北段深;（4）腾冲火山区西侧和北侧下方10~20 km深度范围内存在的低速异常体推测为通过怒江断裂带形成的岩浆通道从中地壳涌入上地壳的岩浆囊,可能反映了自更新世延续至今的以橄榄玄武岩和安山岩为主要岩性的壳内岩浆活动,持续的岩浆活动为地表热活动提供了主要动力.     

南海瑞雷面波群速度层析成像及其地球动力学意义

南海处于欧亚板块、 菲律宾海板块、 太平洋板块和印度-澳大利亚板块的交汇处, 其地质和构造作用十分复杂．通过面波群速度成像, 给出了南海及邻区的三维横波速度分布并分析了其地球动力学意义．南海西部和南部新布设的地震台站使得利用单台法时路径覆盖比过去更好. 特别是在华南地区, 新的台站分布能够弥补该地区地震少且台站少造成的射线密度不够的缺点． 首先运用多重滤波法得到南海周边48个台站周期为14——130 s范围内的基阶瑞雷波频散曲线图; 接着通过子空间反演得到整个区域在不同周期时的群速度分布; 最后通过阻尼最小二乘反演得到不同深度切片上的横波速度分布及不同纵剖面上的横波速度分布． 结果显示: ① 海盆速度较高, 且速度分布很好地勾勒出海盆的轮廓. 浅层较高的横波速度说明海盆都具有洋壳性质, 而深部较高的横波速度则可能对应扩张中心生成洋壳后残留的高速物质． 不同海盆速度上的差异与它们的热流值和年龄大小一致．海盆下的高速异常在60 km以下消失, 且在一定深度范围内由低速区替代． 在低速区下200 km深度, 在南海海盆观测到一条NE-SW走向的高速异常, 可能与古俯冲带有关. ② 环南海出现明显的高速区, 对应俯冲带特征, 且这些高速区速度差异明显且有间断, 说明俯冲带的非均质性和俯冲角度的差异. ③ 在环南海高速区内侧（向南海侧）观测到不连续的低速区． 在浅层, 这些低速区反映了沉积层和地壳的厚度特征. 在地幔, 这些低速区可能对应于古太平洋俯冲带的地幔楔或者也可能反映了南海海盆停止扩张后残留的地幔熔融物质. ④ 南海海盆岩石圈的厚度为60——85 km．      

鄂尔多斯东缘地震重定位及拉张盆地过渡区的地震分布特征

利用双差地震定位方法对鄂尔多斯东缘地区（34°N-41°N,110°E-115°E）2008年1月-2012年12月的中小地震进行了重新定位.重定位后,定位精度得到改善,震中分布更加集中.鄂尔多斯东缘拉张盆地内部震源深度较浅,大多小于13 km,向盆地两端震源深度有加深的趋势,特别是太原盆地北端,临汾盆地北端,以及运城与临汾盆地之间的峨眉台地,震源深度可达20~25 km左右.我们认为盆地内部地壳减薄,上地幔上隆,热作用导致地壳内部脆性层减薄,致使最大震源深度变浅;盆地之间的横向隆起区受区域应力场挤压剪切作用以及盆地内部上地幔上拱产生的水平向挤压力作用等,在横向隆起区与盆地接触带易产生应力集中,导致地震的发生,由于受脆性层厚度变化等的影响,在盆地向横向隆起区过渡部位出现震源深度加深的现象.鄂尔多斯东北缘地区地震分布弥散、震源深度相对较浅,可能与源自地幔的大范围深部热作用以及地壳脆性层厚度减薄有关.根据地震的空间分布特征,对部分盆地内部的断层特征进行了讨论.     

华北地区地壳上地幔S波三维速度结构

利用华北地区大型流动地震台阵的记录资料,采用近震和远震联合成像方法,得到了水平分辨率0.5°×0.5°、深至600km的S波速度结构.研究结果表明,上地壳S波速度结构与地表地质构造基本一致,燕山—太行山山脉均呈现高速异常,延庆—怀来盆地、大同盆地表现为低速异常,华北盆地内部的拗陷和隆起分别呈现低速和高速.唐山地区中地壳、山西裂陷盆地中下地壳存在明显的低速异常,可能分别与流体和热物质作用有关,有利于形成孕育强震的地质构造环境.90km的速度结构图像依然与地表的构造特征有较大的相关性,可能说明深部结构对地表构造有一定的控制作用.燕山隆起区岩石圈的厚度可达120～150km左右,华北盆地的岩石圈厚度可能在80km左右,太行山地区的岩石圈厚度介于两者之间.山西裂陷盆地上地幔低速层较厚,反映了该区不稳定的构造环境造成了地幔热物质的上涌.华北盆地下方220～320km出现的高速异常体,可能揭示了华北盆地上地幔仍然存在拆沉后残留的难熔、高密度的古老岩石圈地幔.研究区东部地幔转换带呈低速异常,推测可能与太平洋板块俯冲至该区下方地幔转换带前缘120°E左右的俯冲板块相变脱水有关.     

根据接收函数反演得到的首都圈地壳上地幔三维S波速度结构

利用2002~2003年中国地震局地质研究所台阵实验室以唐山大震区为中心布设的40个流动宽频带地震台站和首都圈数字台网的33个宽频带台站的远震数据,采用接收函数非线性反演方法得到其中72个宽频带台站下方60 km深度范围内的S波速度结构.根据得到的各台站下方地壳上地幔的S波速度结构,并综合刘启元等（1997）用接收函数非线性反演方法得到的延怀盆地15个宽频带流动台站下方的地壳上地幔S波速度结构模型,给出了39°N～41°N,114°E~119.5°E区域内沿不同走向、不同深度S波速度分布.由于综合了利用首都圈数字地震台网的宽频带台站以及流动地震台阵的观测数据,本文给出了较前人同类研究空间分辨率更好的结果.结果表明: (1)研究区的速度结构,特别是怀来以东的速度结构十分复杂.在10~20 km深度范围内,研究区地壳具有高速和低速异常块体的交错结构.研究区中上地壳速度结构主要被与张渤地震带大体重合的NW向高速条带和穿越唐山大震区的NE向高速条带所控制,而其中下地壳的速度结构主要为延怀—三河—唐山地区上地幔隆起所控制.(2)研究区内存在若干壳内S波低速体,它们主要分布在唐山,三河及延怀盆地等地区.在这些地区,壳内低速体伴随着壳幔界面的隆起和上地幔顶部速度结构的横向变化.(3)地表断层分布与地壳速度结构分区有较好的相关性,表明断层对不同块体有明显的控制作用.其中,宝坻断裂,香河断裂和唐山断裂均为超壳断裂.(4)首都圈内大地震的分布与壳内低速体及上地幔顶部的速度结构有密切关系.对于唐山大地震的成因,仅考虑板块作用引起的水平应力场是不够的,有必要充分重视由于上地幔变形引起的地壳垂直变形和上地幔物质侵入造成的热效应.     

利用背景噪声成像技术反演陕西及邻区地壳剪切波速度结构

利用地震背景噪声层析成像技术处理陕西及邻区所布设的257个宽频带台站的连续背景噪声数据,采用基于射线追踪的面波频散直接反演方法获得陕西及邻区地壳(6～39 km)高分辨率剪切波速度结构。成像结果显示:(1)渭河盆地顶部形成于新生代,厚的沉积层造成其浅部显著的低速异常,盆地中、上地壳为低速结构。渭河盆地与南北两侧地质构造单元交界区域的下方存在高速与低速结合带,以及在块体间相互运动的作用下,在块体内部,特别是界带深部可能存在着物质与能量的强烈交换,为渭河盆地及邻区的地震孕育发生提供深部环境。(2)南鄂尔多斯块体并不是一个均匀的整体,块体地壳浅层东薄西厚的低速异常结构,可能与鄂尔多斯自显生宙以来的整体掀斜,以及晚白垩纪以来差异性整体抬升和受强烈而不均匀的剥蚀有关。块体中地壳速度比上地壳和下地壳较高。壳内不存在显著的低速体,说明壳内低速体并没有贯穿整个鄂尔多斯地块。我们推测南鄂尔多斯块体仍保留着稳定克拉通的属性,其地壳结构可能反映了克拉通早期形成时的结构特征,至今还未遭受明显改造。(3)秦岭造山带东,西深部结构存在显著差异,具有分段分区的特征。造山带中地壳速度较高,可能因在板块碰撞和造山过程中,下地壳物质被抬升进入中地壳,从而造成中地壳速度偏高。     

郯庐断裂带及其邻区上地幔顶部Pn波速度与各向异性层析成像

本研究拾取了中国数字测震台网固定台站记录的2008-2016年2级以上地震事件中的27233条高质量Pn到时资料,反演得到了郯庐断裂带及其邻区上地幔顶部Pn波速度和各向异性结构模型.结果显示,研究区上地幔顶部Pn波速度结构存在强烈的横向不均匀性,速度异常形态与区域地质构造较为吻合.太行山造山带、鲁西隆起、大别造山带、苏鲁褶皱带、胶辽隆起和华北盆地南端等隆起区表现为低波速异常,而黄海北、南部盆地、渤海湾和华北盆地北部等凹陷区均为高波速异常.壳内强震主要发生在Pn低波速异常和高低波速异常的横向过渡地带,说明强震的发生与上地幔结构的横向变化之间存在有一定关联.郯庐断裂带两侧Pn波速度以郯城地震为界其东北侧和西南侧分别分布有与断裂带近平行的低波速异常条带,而西北侧和东南侧分别分布有高波速异常条带,各向异性快波方向近乎沿断裂带走向,可能由于上地幔热物质沿郯庐断裂带上涌形成低速异常后断裂带发生左旋平移运动所致.华北盆地内上地幔顶部Pn波速度结构和各向异性的明显变化,反映华北克拉通破坏过程中经历了地幔热物质上涌、莫霍面隆升以及岩石圈拆沉等复杂构造变形.     

山东地区地壳P波三维速度结构及其与地震活动的关系

利用山东及周边区域地震台网1975—2014年1月期间记录到的1369个地震的13781个P波到时数据对山东地区地壳结构进行了层析成像研究.结果表明,山东地区地壳速度结构存在明显的不均匀性.沂沭断裂带介质速度结构复杂,呈现明显的分段特征,两侧块体速度存在差异,具有块体边界的构造特征.鲁西断块20km以下深度处存在大规模的低速异常区,这与该地区始新世发生的大规模滑脱拆离构造有关,可能产生于太平洋板块的西向俯冲导致地幔热物质沿沂沭断裂带向上并向西涌动.历史大震及ML4.0以上中强震大部分为走滑型地震,主要发生于高低速异常过渡带且有深大断裂穿过的地区.震群主要发生于低速体上部或周边,且震源深度优势分布在中上地壳,这与地下介质富含流体并导致应力集中有关.