青藏高原东北缘地壳S波速度结构及其动力学含义——远震接收函数提供的证据

利用青海和甘肃地震台网2007—2009年记录的远震波形资料,提取多频段P波接收函数,反演得到了青藏高原东北缘及相邻地块下方0~100km深度的地壳和上地幔S波速度结构.结果表明:(1)青藏高原东北缘的上、下地壳之间普遍存在一个S波速度低速层,其深度由南端的约35km向北变浅约为20km,推测该低速层为一壳内滑脱层,表明东北缘地区的上地壳变形与下地壳解耦,从滑脱层的深度分布可以认为青藏高原东北缘的地壳缩短自南向北进行,现阶段以上地壳增厚为主;(2)昆仑—西秦岭造山带的下地壳厚度较北侧的祁连地块薄,一种推测是西秦岭造山带的下地壳抗变形能力更强,也可能这种差异在块体拼合前已经存在;(3)青藏高原东北缘及鄂尔多斯和阿拉善地块的下地壳S波速度随深度的增加而增加,这种正梯度增加的S波速度结构反映较高黏滞性的下地壳,推测青藏高原东北缘的地壳结构不利于下地壳流的发育.     

青藏高原东北缘—鄂尔多斯地块地壳上地幔S波速度结构

1999～2000年从青海玛沁到陕西榆林，横跨青藏高原东北缘和鄂尔多斯布设了一条由47台宽频带数字地震仪组成的长约1000km的流动地震台阵观测剖面.利用记录到的远震体波波形资料和接收函数方法获得了剖面下0～100km深度的地壳和上地幔S波速度结构.结果表明，沿观测剖面地壳结构显示了明显的分块特征; 地壳厚度自东向西由40km增加到64km左右；在海原地震带下方和西秦岭断裂以西到日月山断裂之间的区域Moho间断面结构复杂；在1920年海原震区及其西侧，上地壳存在明显的低速层，在该地区的绝大部分地震分布在该低速层东边界偏向高速区一侧；祁连山东缘Moho面有约4km的深度间断，壳内向西逐渐减薄的低速层内有大量微震发生，沿祁连山的逆冲加走滑的构造运动在深度上已经穿透了Moho面；在玛沁断裂和日月山断裂之间，上地壳存在厚度很大的低速层，同时该区域下地壳也明显加厚.研究结果表明，青藏高原东北缘与鄂尔多斯地块之间的过渡带地壳变形强烈，地壳结构较为破碎，这与该地区地震频发相一致.     

六盘山断裂带及其邻区地壳结构

新生代期间,中国大陆西部受印度一欧亚板块碰撞和青藏高原隆升影响,以地壳缩短、增厚、陆内造山和强烈地震活动等为主要特征.在青藏高原东北边缘,高原物质侧向移动被鄂尔多斯地块所阻,在六盘山地区发育了一系列左旋斜冲断裂.断裂带周缘构造变形强烈,地震活动频繁,是研究青藏高原横向扩展控制大陆内部弥散变形的理想场所.本文对穿越青藏高原东北缘一六盘山断裂带一鄂尔多斯地块的宽角反射与折射地震资料使用层析成像和射线反演算法进行成像,获得了研究区地壳速度结构模型,其结果反映出六盘山断裂带两侧地壳结构、构造特征差异显著:1)上地壳层析成像结果显示鄂尔多斯盆地一侧地壳上部速度较低,等值线呈近水平状,具有典型的沉积盆地特征,而青藏高原东北缘一侧上地壳速度相对较高,横向变化剧烈,呈褶皱状,二者的分界为海原一六盘山逆冲走滑断裂;2)全地壳射线反演结果显示鄂尔多斯地块地壳速度梯度大,下地壳底部速度高由铁镁质物质组成,具有典型稳定古老克拉通的特征,青藏高原东北缘地壳速度总体较低,主要由长英质及长英-铁镁质过渡物质组成,具有典型造山带的特征,而六盘山断裂带下方地壳速度结构复杂,层面呈拱形,部分层出现速度逆转,为两个构造单元的接触过渡带;3)青藏高原东北缘一侧地壳厚度~50 km,鄂尔多斯地块地壳厚度~42 km,六盘山断裂带下方莫霍面发生叠置,揭示出青藏高原东北缘、鄂尔多斯地壳在六盘山下汇聚,较薄且刚性的鄂尔多斯地壳挤入较厚且塑性的青藏高原东北缘地壳中的构造模式.     

利用地震波速研究青藏高原东北缘地壳组成及其动力学

依据穿过巴颜喀拉地块的北部、秦岭地块、祁连地块、海原弧形构造区和鄂尔多斯地块的玛沁-兰州-靖边人工地震剖面的P波、S波的速度结构和泊松比结构,对青藏高原东北缘的地壳组成进行研究,并探讨其动力学过程. 首先,系统地归纳总结出一套将地震测深得到的原位P波速度校正到实验室温压条件下波速的具体可行的方法,利用大地热流值求取地壳不同深度的温度是该方法的关键. 然后,将上述剖面的原位P波速度校正到600 MPa和室温条件下,结合泊松比与相同温压条件下的实验室岩石波速测量结果进行对比,确定研究区的岩性组成. 结果表明,青藏高原东北缘地壳平均P波校正波速为6.43 km/s,地壳整体像上地壳一样呈酸性. 巴颜喀拉地块和秦岭地块南部的下地壳底部缺失校正速度V_p>6.9 km/s的基性岩,下地壳中酸性互层,下地壳整体呈酸性. 其他地块下地壳底部有2～10 km厚的校正速度V_p>6.9 km/s的基性岩,下地壳整体呈中性. 最后,根据青藏高原东北缘地壳结构和组成的研究成果,支持地壳增厚主要发生在下地壳的观点;提出巴颜喀拉地块和秦岭地块南部曾发生过下地壳拆沉作用,并导致高原的加速隆升.     

利用虚拟地震测深法约束青藏高原东北缘及周边地区地壳厚度

青藏高原东北缘作为高原向外扩张的最前缘地区,代表了高原最新的变形状态,是研究青藏高原变形加厚的关键地区.本文利用"中国地震科学台阵探测"项目在南北地震带北段布设的密集宽频带流动台阵资料,采用虚拟地震测深方法（VDSS）,对青藏高原东北缘及周边地区的地壳厚度进行了研究,以期为研究青藏高原东北向扩展的前缘位置,以及扩展的动力学模式等提供地球物理学依据.波形模拟的结果显示,研究区地壳厚度变化剧烈.其中,祁连和西秦岭地块内地壳厚度存在明显的东西向横向变化,以103°E为界,东部地区为45~50 km,而西部地区地壳已明显增厚,约达到55 km以上.与祁连造山带相邻的阿拉善块体南缘地壳也明显加厚,接近55 km,而阿拉善块体内部地壳厚度约为45~50 km.与其他研究地区相比,鄂尔多斯地块地壳相对要薄,但整体而言,鄂尔多斯地块地壳呈现南北薄（约45 km）、中央厚（约50 km）的形态特征.此外,在六盘山断裂带台站下方观测到复杂的SsPmp震相,推测为双Moho界面结构.结合其他地球物理学证据,我们认为青藏高原东北缘地区地壳增厚方式以均匀缩短增厚为主,且高原向北东扩展的前缘已越过祁连山北缘断裂,进入阿拉善块体南缘地区.     

JOINT INVERSION OF AMBIENT NOISE AND SURFACE WAVE FOR S-WAVE VELOCITY OF THE CRUST AND UPPERMOST MANTLE BENEATH WEIHE BASIN AND ITS ADJACENT AREA

The Weihe Basin is the main component of the extrusion and escape shear zone between the ancient North China craton block in Ordos and the ancient Yangtze platform in Sichuan Basin, and carries the dynamic transmission from the main power source of the Qinghai-Tibet Block in the west to the North China and South China regions in the east. The basin itself plays multi roles in the east-west and north-south tectonic movement, and is an excellent site for studying the structural interlacing, dynamic transformation and transmission. At the same time, Weihe Basin is also a famous strong earthquake zone in China. Historically, there was a strong earthquake of magnitude 8 1/4 occurring in Huaxian County in 1556, causing huge casualties and property losses. In view of the special geological structures and the characteristics of modern seismicity activities in the Weihe fault-depression zone, it is necessary to carry out fine three-dimensional velocity structure detection in the deep part of Weihe Basin and its adjacent areas, so as to study the relationship between velocity structure and geological structural units and their evolution process, as well as the deep medium environment where earth￣quakes develop and occur. We investigate the S-wave velocity structure beneath Weihe Basin and its adjacent regions based on continuous background noise data and teleseismic data recorded by 257 broadband stations in Shaanxi Province and its adjacent regions and China Seismological Science Array Exploration Project, and by adopting seismic surface wave inter-station method and background noise cross-correlation method, a total of 10 049 fundamental-mode Rayleigh surface wave phase velocity dispersion curves in the periods of 5~70s are obtained. Firstly, using the average dispersion curve in this study area, we obtain the one-dimensional average S-wave velocity structure model of the study area, and then we apply the ray-tracing surface-wave-dispersion direct inversion method to obtain the S-wave velocity structure of the crust and uppermost mantle (3~80km) beneath Weihe Basin and its adjacent regions. The test results of a 1°×1° grid checker board show that the recovery is good, except for the areas east of 111° and south of 32° of the study area, where there is almost no resolution. The imaging results show that the velocity structure beneath each tectonic unit in the study area has a certain distribution rule, and there is a good correlation between surface geological structure and deep velocity structure. Based on the analysis of velocity slices at different depths and S-wave velocity structures of three profiles, and combined with existing geological structures, geophysics and other deep exploration research results, we obtain the following knowledge and conclusions:1)The thick sedimentary layer covering the top of Weihe Basin is the cause of low velocity anomaly in its shallow crust, the middle and upper crust of the basin are of low velocity structure, and the low-velocity zone extends about 25km, the Moho interface uplifts abruptly relative to both the Ordos Block and the Qinling orogenic belt on opposite sides, and high-speed materials from the upper mantle intrude into the lower crust, which may be related to the underplating of mafic-ultramafic materials from the upper mantle in Mesozoic-Cenozoic period; 2)The south Ordos Block is not a homogeneous whole, the low-velocity structure of the shallow crust in southern Ordos Block is thin in east and thick in west, which may be related to the overall tilting of the Ordos Basin since the Phanerozoic, as well as the differential uplift and strong and uneven denudation of the Ordos Block since the Late Cretaceous. The crustal structure of the south Ordos Block is relatively simple and homogeneous. There is no significant low-velocity structure in the curst of the block, which shows that the low-velocity structure in the crust does not penetrate the whole Ordos block. We speculate that the southern Ordos Block still maintains the stable craton property, and has not been reformed significantly so far; 3)The variation characteristics of deep structure of the Qinling orogenic belt reflect the deep crustal structure and tectonic deformation characteristics of the orogenic belt which are strongly reformed by land-land collision and suture between North China plate and Yangtze plate, intracontinental orogeny, uplift of Qinghai-Tibet Plateau and its northeastern expansion since the Late Hercynian-Indosinian period. The deep structure beneath the eastern and western Qinling orogenic belt is different and has the characteristics of segmentation. The low-velocity anomaly at the bottom of the lower crust of the orogenic belt may be affected by tectonic activities such as uplift and outward extension of the NE Tibetan plateau, and the analysis considers that there is little possibility of the existence of lower crustal circulation channel for the eastward flowing of Tibetan plateau materials in the Qinling orogenic belt. However, since the maximum depth from the inversion of this paper is 80km, which is located at the top of the upper mantle, our results cannot prove that there exists a mantle flow channel for the eastward flow of Tibetan plateau material beneath the Qinling orogenic belt.     

沿107.6°E南北向剖面鄂尔多斯地块及周缘地区地壳结构

鄂尔多斯地块紧邻青藏高原东北缘,位于华北克拉通的西部,在我国中生代、新生代以来东部地区的构造活动中起到了重要作用.对鄂尔多斯及其周缘地区的研究可以提供有关华北克拉通的形成、演化和破坏过程的重要信息.本文选取了纵贯鄂尔多斯的107.6°E附近南北剖面上的44个流动地震台站进行分析,采用接收函数方法,进行Kirchhoff偏移成像,并且结合在该区域内前人的地震面波频散进行联合反演,获得剖面下方的地壳内部精细结构.研究结果显示:(1)莫霍面在鄂尔多斯北部较平缓,约45km深;在鄂尔多斯南部有所加深,达到50km;其北边的河套盆地的地壳厚度约为50km;南边的渭河盆地到秦岭地区及四川盆地的地壳厚度从约为40km增厚到47～50km.(2)河套盆地下方存在大规模的低速异常,最深可达25km,反映了其显著的拉张构造和沉积历史.(3)秦岭造山带下方的低速异常对应于其主要为长英质的地壳组分,可能是由于中生代的拆沉作用导致的地壳下部基性岩石层的缺失.(4)以38°N为界的鄂尔多斯地块,南北部地壳速度结构存在差异,可能表明了这两部分经历的构造历史不同.     

Crustal structure of the northeastern Tibetan plateau,the Ordos block and the Sichuan basin from ambient noise tomography

We apply ambient noise tomography to significant seismic data resources in a region including the northeastern Tibetan plateau,the Ordos block and the Sichuan basin.The seismic data come from about 160 stations of the provincial broadband digital seismograph networks of China.Ambient noise cross-correlations are performed on the data recorded between 2007 and 2009 and high quality inter-station Rayleigh phase velocity dispersion curves are obtained between periods of 6 s to 35 s.Resulting Rayleigh wave phase velocity maps possess a lateral resolution between 100 km and 200 km.The phase velocities at short periods (20 s) are lower in the Sichuan basin,the northwest segment of the Ordos block and the Weihe graben,and outline sedimentary deposits.At intermediate and long periods (25 s),strong high velocity anomalies are observed within the Ordos block and the Sichuan basin and low phase velocities are imaged in the northeastern Tibetan plateau,reflecting the variation of crustal thickness from the Tibetan plateau to the neighboring regions in the east.Crustal and uppermost mantle shear wave velocities vary strongly between the Tibetan plateau,the Sichuan basin and the Ordos block.The Ordos block and the Sichuan basin are dominated by high shear wave velocities in the crust and uppermost mantle.There is a triangle-shaped low velocity zone located in the northeastern Tibetan plateau,whose width narrows towards the eastern margin of the plateau.No low velocity zone is apparent beneath the Qinling orogen,suggesting that mass may not be able to flow eastward through the boundary between the Ordos block and the Sichuan basin in the crust and uppermost mantle.     

青藏高原东北缘远震P波走时层析成像研究

利用青藏高原东北缘地区固定地震台网2010年4月至2015年3月期间记录的远震事件,采用多道波形互相关方法（Multi-Channel Cross-Correlation）拾取了10697个有效P波相对走时残差数据,进而采用FMTT （Fast Marching Teleseismic Tomography）方法获得了青藏高原东北缘上地幔400 km深度范围内的P波速度结构,结果显示：秦祁地块下面存在深达70 km的高速异常,阻断了青藏高原块体中下地壳低速层向东北方向的延伸;40~140 km深度范围内,四川西南部存在一个低速区,该低速区穿过龙门山断裂带进入到四川盆地内部;祁连山造山带东部低速异常区从地壳一直延伸到上地幔400 km处,表明这里可能存在一个上地幔到地壳间的热流通道;松潘-甘孜地块分布大面积的低速异常区,而鄂尔多斯地块西南缘相对速度较高,这与青藏高原为软块体、介质密度低和鄂尔多斯块体为硬块体、介质密度高相吻合.     

甘肃东南部地壳速度结构的区域地震波形反演

利用2007年完成扩建的甘肃东南部及邻近地区的24个宽频带固定地震台站记录到的2008年8月1日汶川地震余震的三分量地震全波形资料,采用小生境遗传算法和反射率法结合的波形反演方法,给出了甘肃东南部两个分区的地壳速度模型.西区和东区分别对应青藏高原块体和它与鄂尔多斯块体之间的过渡带,反演给出的平均模型显示,两个区上、中地壳的平均P波速度非常接近,由酸性岩和中性岩组成,下地壳P波速度差别较大,东区为6.41 km/s,西区为6.96 km/s,厚度相差也较大,东区为9.3 km,西区为19.8 km,地壳厚度由西向东减小,分别为54.6 km和47.9 km.显示西区下地壳由基性岩组成,而东区下地壳由中性岩组成,支持研究区内青藏高原东北缘地壳增厚主要发生在下地壳的观点.西区的上地幔顶部P波速度为7.73 km/s,对应年轻的构造活动区,而东区为8.05 km/s,对应稳定的古老地块.东区在上地壳上部存在厚约6.5 km的沉积层,P波速度为5.78 km/s,但是该沉积层在西部缺失.和PREM模型给出的全球平均地壳速度值相比,两个分区的地壳速度值整体偏低.     

利用远震P波层析成像研究巴颜喀拉地块东缘及邻区的深部结构

为了揭示巴颜喀拉地块东缘及邻区的壳幔速度结构差异,获取2017年九寨沟M_S7.0地震的深部构造背景,本文收集了2009年5月至2016年8月期间四川及邻区数字测震台网的203个地震台站所记录到的远震P波走时数据,应用有限频体波走时层析成像方法,反演得到了巴颜喀拉地块东缘及邻区50—600 km深度范围内的三维壳幔P波速度结构。反演结果表明:巴颜喀拉地块东缘及邻区的壳幔速度结构具有明显的横向不均匀性和分区特征,松潘—甘孜地槽褶皱系、西秦岭和祁连山褶皱系的整体速度异常较低,研究区东部具有克拉通性质的四川盆地西北缘和鄂尔多斯地块南缘则呈明显的高速异常。上地幔P波速度结构特征差异表明松潘—甘孜地块的抬升可能与地幔上涌有关,巴颜喀拉地块东缘九寨沟震区及周边50—250 km深度范围内的上地幔存在低速异常,在400—600 km地幔过渡带深度范围内表现为明显的高速异常特征。巴颜喀拉地块向东南方向运移受到东部高速、高强度的扬子克拉通地块对青藏高原物质东向挤出的强烈阻挡,而九寨沟震区处于松潘—甘孜地块重要的北东边界断裂交会处附近,应力容易在此集中,这些因素均可能是东昆仑断裂塔藏段与岷江断裂北段交会处附近发生九寨沟M_S7.0地震的深部动力学背景。      

青藏高原东北缘祁连山造山带至阿拉善地块壳幔电性结构研究

在青藏高原东北缘祁连山造山带至阿拉善地块之间完成了一条372km的大地电磁剖面,通过二维反演计算,获得了沿剖面180km深的壳幔电性结构模型,结合研究区地质和地球物理资料开展综合分析,研究结果表明:(1)剖面自南向北所经过的祁连山造山带、走廊过渡带和阿拉善地块对应3种壳幔电性结构模型:东祁连壳幔高-低-高阻似层状电性结构、河西走廊壳幔低阻带状电性结构和阿拉善南缘壳幔高-低-高阻层状电性结构.(2)剖面所经过的主要断裂带在电性结构上表现为低阻异常带或电性梯度带,并且止于中上地壳或消失于下地壳低阻层中.除这些分布于中上地壳的断裂系统以外,在下地壳至上地幔顶部还存在两条切割莫霍面的壳幔韧性剪切带:西华山北缘壳幔韧性剪切带和阿拉善南缘壳幔韧性剪切带.其中,西华山北缘壳幔韧性剪切带可能是1920年海原8.6级地震发生的深部背景之一;而阿拉善南缘壳幔剪切带可能是卫宁北山燕山晚期和喜山期幔源岩浆上升到地壳浅部或喷出到地表的通道,为在该区域寻找晚中生代至新生代含矿隐伏岩体提供了深部电性结构依据.(3)由若干形状不规则、彼此不相连的"碎块状"极高阻块体组成的中上地壳与"似层状"的中下地壳低阻层共同构成的地壳电性结构,是引起青藏高原东北缘强烈破坏性地震最佳的地壳电性结构组合之一.印度板块向欧亚板块俯冲碰撞楔入引起青藏高原块体向北东方向运移与阿拉善地块向南的俯冲碰撞楔入,是青藏高原东北缘强震活动带产生的动力学背景.     

青藏高原东北缘重力场深部结构及其动力学特征

本文采用欧拉反褶积、场源参数成像(SPI)、场源边界提取(SED)、莫霍面反演、地壳三维可视化等多源方法,对青藏高原东北缘地区的布格重力场进行反演与分析,深入研究该地区的深部结构与变形特征,探讨区域深部孕震环境及动力学机制.研究表明,青藏高原东北缘的布格重力场整体呈负异常值,具有明显的分区性,表现出鄂尔多斯盆地异常值相对偏高、阿拉善块体次之、青藏高原块体极低的特点,其中海源断裂系形成了一条宽缓的弧形重力梯度条带,梯度值达1.2 mGal·km^-1.欧拉结果显示,鄂尔多斯盆地相比于青藏高原块体而言,场源点具有较强的均一性,场源强度值高(密度值高)且深度稳定在25~32 km范围内,而高原块体的中下地壳尺度广泛分布着低密度异常体.SPI图可知,海源弧形断裂系位于“浅源异常”弧形区,反映其地壳较为活跃,易发生中强地震.SED图揭示青藏高原地壳向东北扩展,经过几大断裂系的调节后运动矢量向东或东南转化,SED与GPS、SKS运动特征大致相同,说明地表-地壳-地幔的运动特征有着较强的一致性.青藏高原东北缘地区壳幔变形是连贯的,加之莫霍面由北向南、由东向西是逐渐加深的,因此属于垂向连贯变形机制,不符合下地壳管道流动力学模式.区域形成了似三联点构造格局,其中海源弧形断裂系的深部地壳结构复杂,高低密度异常体复杂交汇,是青藏高原、阿拉善、鄂尔多斯三大块体相互作用的重要枢纽,其运动学特征总体为中段走滑尾端逆冲,而断裂系正处于大型的弧形莫霍面斜坡带之上,具备强震的深部孕震环境,因此大尺度的运动调节与深部孕震条件共同促使了该地区中强震的多发.     

Receiver function structures beneath the Haiyuan fault on the northeastern margin of the Tibetan plateau

We performed a receiver function analysis on teleseismic data recorded along two dense seismic profiles and from 4 broadband regional seismic stations across the northeastern Tibetan plateau. The crustal thickness and v_P/v_S ratio were measured by the H-κ domain search algorithm. The Moho discontinuity across the Haiyuan arc fault zone was also revealed by common conversion point (CCP) imaging. Our study results show that the crustal thickness and the v_P/v_S ratio were 42–56 km and 1.60–1.88, respectively. The crustal thickening on the northeastern margin indicates that the crust is shortening or that there was a superimposition of crusts during the collision of the Tibetan plateau with Eurasian block. Our results suggest that Haiyuan fault likely resulted from the interactions of high temperature and pressure conditions during the collision of the Indian and Asian continents. The Moho beneath the Haiyuan tectonic region exhibits an obvious offset and a vague discontinuity according to CCP imaging. This study suggests that the Haiyuan arc fault zone is a trans-crustal fault that cuts through the Moho in the northeastern Tibetan Plateau. Moreover, there are indications of strong deformation in the intensive crustal extrusion from the interior of the Tibetan Plateau to its northeastern margin.     

青藏高原东北缘海原构造带马东山阶区深部电性结构特征及其构造意义

海原一六盘山构造带是青藏高原东北缘地区的一条重要边界,在海原断裂带和六盘山断裂带接触区形成了特殊的马东山挤压阶区,本文对跨过该挤压阶区一条密集测点大地电磁剖面数据进行了处理和二维反演,获得的深部电性结构图像揭示在马东山挤压阶区深部电性结构表现为在高阻背景下镶嵌多个向西南倾斜的低阻条带电阻率结构样式,并在深度约25 km汇聚到中下地壳低阻层内,共同组成"正花状"结构;海原一六盘山构造带西南侧到陇中盆地区间呈现高、低阻相互"楔合"的深部结构特征,而其东北侧的鄂尔多斯西缘带自地表到中下地壳为较完整的高阻块体.另外结合跨过海原断裂带中段和西秦岭造山带的大地电磁探测结果,对海原一六盘山构造带分段性及其两侧的陇中盆地和鄂尔多斯地块的接触关系进行了研究分析.大地电磁探测成果佐证了在海原断裂带中段为具有走滑特点的断裂,而其尾端与六盘山断裂带斜交区域的马东山地区发生了强烈的逆冲推覆与褶皱变形;活动构造研究发现沿海原断裂带所产生的左旋走滑位移被其尾端的马东山、六盘山以东西向的地壳缩短调节吸收,GPS观测表明青藏高原东北缘地区现今构造变形分布在海原一六盘山构造带以西上百公里的范围内,陇中盆地一海原一六盘山构造带和鄂尔多斯地块一线的深部电性结构图像也很好地解释了该区变形状态:海原一六盘山构造带带及西南盘的陇中盆地的中下地壳非常破碎,在青藏高原向北东方向的推挤下容易发生变形,而北东盘鄂尔多斯地块地壳结构完整,很难发生构造变形.对海原一六盘山构造带马东山阶区和龙门山构造带的深部电性结构及变形特征等进行了比较分析,发现该区有与2008年汶川地震相似的深部构造背景,应重视该区强震孕育环境的探测研究.     

汶川MS8.0级地震余震分布及周边区域P波三维速度结构研究

利用川滇地区长期积累的地震走时观测资料和汶川地震余震观测资料对汶川地震震源区及周边区域地壳和上地幔P波三维速度结构进行了研究.结果表明,浅部P波速度分布与地表地质之间具有很好的对应关系.龙门山断裂带在20 km以上深度表现为高速异常带,彭灌杂岩体和宝兴杂岩体为局部高速异常区.龙门山断裂带中上地壳的局部高速异常体对汶川地震的余震分布具有明显的控制作用.在余震带南端,余震全部发生在与宝兴杂岩体对应的高速异常体的东北侧;在余震带的中段,与彭灌杂岩体对应的高速异常体在一定程度上控制了余震的分布;在余震带的东北端,宁强-勉县一带的高速异常体可能阻止了余震进一步向东北扩展.龙门山断裂带中上地壳的P波高速异常表明介质具有相对较高的强度,在青藏高原物质向东挤出过程中起到了较强的阻挡作用,有利于深部能量积累.在30 km深度之下,扬子地块具有明显的高速特征,其前缘随深度增加向青藏高原方向扩展,在下地壳和上地幔顶部已达到龙门山断裂带以西.     

青藏高原东北缘上地幔多尺度层析成像

利用布设在青藏高原东北缘地区的甘肃宽频带地震台阵记录到的远震P波走时数据,采用小波域参数化和基于L1范数的稀疏约束反演算法的多尺度层析成像方法,得到了该地区400km深度范围内上地幔的P波速度结构.本文采用的多尺度层析成像方法可以自适应数据非均匀采样的情况,有效降低谱泄漏效应和反问题的多解性,明显提高解的分辨率和可靠性.层析成像结果表明青藏高原东北缘上地幔整体上显示为低速特征,扬子地块上地幔则显示为高速特征,两者之间上地幔存在清晰的块体边界带,该边界带位于东经104°—105°之间并且随深度的增加逐渐东移.该特征暗示了青藏高原上地幔物质向东扩张的机制,但在西秦岭上地幔顶部不存在物质运移的通道.青藏高原东北缘内部也具有明显的分区特征,松潘—甘孜地块上地幔P波速度整体呈低速特征,而柴达木地块的上地幔顶部具有相对高速特征,而在上地幔200km以下这两个地块间的差别逐渐减小.1654年天水地震和1879年武都地震都发生在扬子地块与青藏高原的碰撞交汇区,其震中下方上地幔显示为高低速转换结构.     

鄂尔多斯地块西缘莫霍面起伏及泊松比分布

收集了鄂尔多斯地块西缘的21个宁夏区域地震台网台站和183个中国地震科学探测台阵台站记录到的2015年1月至2016年1月期间的远震P波资料,通过对其进行反褶积提取接收函数,并利用H-Kappa叠加方法计算了研究区内的莫霍面深度和泊松比。结果表明:研究区的莫霍面深度在36—58 km范围内变化,大体呈南厚北薄、西厚东薄的特点,且具有明显的分区特征,即以香山—天景山断裂为界,莫霍面在南北向呈现明显的起伏变化,该断裂以南的地壳增厚方式可能与青藏高原的水平挤压力所导致的上地壳重叠有关;贺兰山东麓断裂两侧的莫霍面深度落差明显,这可能是由于青藏高原东北缘NE向的挤压力以及阿拉善地块与鄂尔多斯地块之间NW?SE向的拉张力共同作用所致。研究区的泊松比整体较高,其中鄂尔多斯地块的平均泊松比要高于青藏高原东北缘的平均泊松比,银川地堑内的高泊松比现象可能与黄河—灵武断裂为超壳断裂有关;研究区内的莫霍面深度与地表高程具有较好的正相关性,说明其地壳均衡效应较好,而整个研究区内泊松比与莫霍面深度的线性关系并不明显。此外,本研究还进一步揭示了研究区内莫霍面深度与泊松比反相关最明显的两个区域,这种明显的反相关关系也表明,构造上的挤压力或拉张力更容易集中在长英质的弱岩层而使地壳增厚或减薄。综上进一步认为,从海原断裂至香山—天景山断裂这一区域及贺兰山东麓断裂两侧区域下方的地壳成分以长英质岩石为主。      

中国南北地震带北段及其周缘地壳厚度与泊松比研究

本文利用中国地震科学探测台阵2013-2015年在南北地震带北段及其周缘架设的673个台站所记录到的远震波形所提取到的接收函数并应用H-κ扫描方法获取了南北地震带北段及其周缘的地壳厚度和泊松比,结果显示研究区地壳厚度从青藏高原东北缘向鄂尔多斯块体逐渐减小,从65 km逐渐减薄至40 km,不同块体之间地壳厚度存在明显差异.祁连造山带西部地壳厚度超过60 km,而东部地壳厚度仅为约50 km左右,表明祁连造山带东、西部地壳增厚变形存在着明显差异.西秦岭造山带地壳厚度从60 km减薄到40 km,其东部具有较薄的地壳厚度可能经历了拆沉.阿拉善块体作为华北克拉通西部块体的一部分,西部地壳厚度约50 km,而东部约45 km,表明阿拉善块体西部由于印度一欧亚板块碰撞也受到了活化改造,其克拉通性质只在其中东部残留.研究区泊松比变化范围为0.20~0.31,平均泊松比约0.25,表明地壳主要由长英质矿物组成,较高的泊松比主要分布在六盘山断裂带和银川一河套地堑.研究结果显示地壳厚度与高程之间具有较好的相关性,表明地壳整体上处于相对均衡的状态,而西秦岭造山带和祁连造山带东部的部分区域地壳可能处于不均衡状态.     

利用接收函数方法研究西秦岭构造带及其邻区地壳结构

根据西秦岭构造带及其周边地区117个宽频带地震台站的高质量波形数据, 利用远震P波接收函数的H-k叠加方法, 求得地壳厚度和平均波速比. 通过分析地壳厚度、 波速比及其关系和接收函数CCP叠加剖面, 研究了该区域的地壳结构特征. 结果表明, 研究区域内地壳结构差异大, 呈过渡带特征. 地壳厚度总体上呈北北西向分布, 自西南向东北逐渐减小. 羌塘块体地壳厚度为72 km, 渭河盆地附近为39 km. 西秦岭构造带的地壳厚度为42—56 km, 南北向莫霍界面平坦. 研究区域P波与S波波速比平均为1.74, 其中西秦岭构造带平均为1.72. 较低的波速比主要分布在西秦岭构造带、 祁连山块体、 松潘—甘孜地块北部以及香山—天景山断裂区域, 这可能是由于含长英质酸性岩组分的上地壳叠置增厚而导致的. 该区域缺少超高波速比, 表明这一区域发生岩浆底侵或上地壳熔融的可能性很小. 综合分析表明, 西秦岭构造带及邻区的地壳结构主要是由于青藏高原隆升并在向东北向扩张中受到周边块体的阻挡而引起的地壳构造变形所致. 西秦岭构造带的莫霍界面变化和波速比分布与该构造带经历碰撞地壳增厚后的伸展走滑运动有关.