安徽霍山地震区深部电性结构和发震构造特征

霍山地震区位于大别造山带北缘华北板块与扬子板块接触带上,是大别造山带及周边地震活动最频繁、最集中的地区.83个大地电磁测点组成的大地电磁三维阵列覆盖了整个霍山地震区.用多重网格法、印模迭代重构法和非线性共轭梯度法对阵列数据进行三维带地形反演,获得了地震区深部三维电性结构.电性结构显示,北大别、北淮阳区的中上地壳为电阻率1000Ωm以上的高阻区,中下地壳为电阻率数十欧姆米的相对低阻区;六安盆地电阻率整体较低,中地壳存在显著的电阻率为几欧姆米的壳内高导层.北西向的晓天—磨子潭断裂分隔了北大别高阻层和北淮阳高阻层,在浅部向NE倾,深部向SW倾;北东向的落儿岭—土地岭断裂切穿北大别上地壳高阻层.小震双差定位结果表明,地震主要发生在NE向延伸的落儿岭—土地岭断裂附近的北大别、北淮阳中上地壳的高阻区,并集中于NW向的晓天—磨子潭断裂运动所造成的构造薄弱带中;2014年M S4.3霍山地震震源深度较深,位于北大别高阻区内部的电性梯度较大的区域.综合上述结果我们认为,霍山地震区的主要发震断裂为落儿岭—土地岭断裂,断裂的运动变形充分利用了晓天—磨子潭断裂早先活动所形成的构造薄弱带,断裂下方壳源高导体中的流体沿断层传播使断层强度弱化,使得这些薄弱带区易于发生小地震.由于北大别、北淮阳构造区显著高阻层的存在,我们认为霍山地震区存在发生6级以上中强震的深部孕震环境.     

四川盆地—大巴山结合带地壳构造特征:深反射地震约束的重磁解释

大巴山位于四川盆地北部、秦岭南缘,以发育大规模的中生代逆冲推覆构造为世人瞩目,其地壳尺度结构与构造特征对于理解扬子克拉通和华北克拉通的碰撞过程有重要意义.本文基于深反射地震剖面和宽角反射与折射地震数据的约束,结合地质与钻井资料,通过重磁场分析拟合解释,对四川盆地北部—大巴山地壳尺度的构造进行综合研究,建立了地壳断面结构与构造模型.模型显示,四川盆地北部基底和沉积盖层变形差异较大,且上下地壳具有解耦性,上地壳向北延伸至紫阳断裂一带;而下地壳与上地壳拆离,向北延伸远至安康断裂一带.研究区莫霍面起伏较大,自南向北先加深后抬升,在大巴山下出现Moho的构造叠置,这种现象源于大陆地块(扬子克拉通)下地壳向大巴山—秦岭造山带下的俯冲.类似的现象也出现在西昆仑山下,即塔里木盆地下地壳向西昆仑山下俯冲,俯冲板片前缘出现Moho的叠置.     

根据地球物理资料分析大别——苏鲁超高压变质带演化的运动学与动力学

中国中央造山带东部的大别-苏鲁是全球最大的超高压变质带,本文基于地球物理资料的分析和综合研究,进一步指出这一超高压变质带演化的复杂性.在扬子与中朝克拉通碰撞后大别-苏鲁地体的俯冲产生超高压变质作用.之后由于两个克拉通之间的倾斜碰撞,产生旋转与局部的拉张为岩石折返造成了良好条件.扬子的旋转也形成一对剪切力使俯冲海洋岩石圈断开和陆块反弹.然而由于南北压挤力的继续作用与大别-苏鲁地体的折返,扬子克拉通继续向大别苏鲁地体下方俯冲.这种陆-陆俯冲携带了大量大陆物质进入上地幔,诱发部分熔融和后期的地幔上隆.本文给出了大别-苏鲁演化动力学的修正模型.     

中国东部海域岩石圈结构面波层析成像

本文通过面波层析成像得到了中国东部海域及邻近地区的地壳上地幔S波速度图像,给出了主要构造单元的区划及其结构特征,并讨论了速度结构与现今构造活动及构造演化历史的关系.研究区内中下地壳的平均速度与地震活动存在比较显著的关系,强震基本都发生在低速区内或高低速过渡区.太行山以东地壳内存在几条北西向低速带,其中张家口—渤海地震带下方的低速带最为显著.东部海域划分成北黄海、南黄海、东海、和冲绳海槽等4个构造块体.北黄海具有较薄较高速的岩石圈,与南华北盆地类似,推测是中生代特提斯洋向北俯冲造成岩石圈减薄的遗迹.北华北地区具有低速的地壳和较厚的岩石圈,岩石圈地幔速度偏低且上下比较均匀,可能反映中生代沿北方缝合带持续碰撞作用的特点.南黄海具有相对较厚的岩石圈,较多地保存了下扬子克拉通的特征.在下扬子与华北地块的拼合过程中,洋壳俯冲可能是北黄海和苏皖地区上地幔低速特征的成因.在125°E以东的朝鲜半岛地区未发现这一拼合过程的遗迹.有可能整个朝鲜半岛都是华北地块的一部分;但也有可能是太平洋俯冲和日本海张开的作用完全改造了朝鲜半岛的岩石圈上地幔,抹去了以往构造运动的痕迹.东海地区的地壳厚度,特别是岩石圈厚度向冲绳海槽方向减小,反映出菲律宾海板块俯冲在弧后广大地区都有影响.冲绳海槽地区可见俯冲的菲律宾海板片以及板片上方显著低速的地壳和上地幔,为冲绳海槽的弧后扩张机制提供了证据.     

东秦岭陆壳反射地震剖面

河南省叶县一邓州的反射地震剖面给出了秦岭地壳构造模型．东秦岭深部构造可分为３个区域：华北克拉通、扬子克拉通和秦岭碰撞缝合带．华北克拉通是稳定的地壳；扬子地壳要比稳定的华北地壳更具流变性质，有多层滑脱，至少可分辨出４个滑脱面：陡岭滑脱面、武当滑脱面、扬子滑脱面和地壳底部滑脱面；秦岭碰撞缝合带宽约１００ｋｍ，向南倾，倾角约１５°，地壳结构呈菱形块体样式．秦岭地区的上部地壳为巨型推覆构造，可分为北秦岭和南秦岭两个推覆体，各由主推覆体和前缘叠瓦扇组成．前印支期，秦岭地壳向南俯冲，秦岭古生代海盆闭合．在碰撞的后期，秦岭下部地壳向扬子作Ａ型俯冲，而上部地壳则发生大规模由北向南的推覆。     

印度-欧亚碰撞与洋-陆碰撞的差异

观测的证据充分表明，印度——欧亚的缝合带雅鲁藏布江上存在自南向北的地壳俯冲带，它穿过莫霍面，深度大约达到100 km. 喜马拉雅中可能存在多重的地壳俯冲. 它们有别于海洋碰撞时所产生的整个岩石圈俯冲. 作者观测到雅鲁藏布江以北上地幔的板片构造，它可以解释为印度向欧亚俯冲时上地幔岩石圈的痕迹. 它们说明与洋——陆的俯冲不同，印度向欧亚俯冲时，地壳与上地幔岩石圈出现拆层现象. 综合现有的地壳上地幔构造，显示在不同地质年代中，印度与欧亚之间产生自南向北以及自北向南相反方向的俯冲，而且俯冲带周围出现某些速度异常区.      

大别─苏鲁碰撞造山带的地震层析成像研究──岩石圈三维速度结构

对包含大别－苏鲁碰撞造山带在内的东经 １１２°－１２４°,北纬２８°－３９°区域进行地 震层析成像研究,重建其地壳及上部地幔的三维速度图像．结果表明：造山带岩石圈速度横 向不均匀性显著;大别造山带以商城－麻城断裂为界,东侧的大别地块与西侧红安地块在地 壳速度上是两个不同的速度块体;中地壳 １５-２５ｋｍ深度范围内存在低速带,与伸展滑脱构造 有关;南、北大别构造单元之下,莫霍面下凹,地壳内发育了速度为６．５－６．６ｋｍ／ｓ、向北倾斜的 相对高速体,与超高压变质岩体相对应;在大别－苏鲁造山带下方的上部地幔中存在向北倾 斜的板片状高速体,结合已有地质、地球化学证据推测,它是三叠纪俯冲的扬子地块的残留 体;俯冲板片在深部发生了断离．本文利用地震层析成像方法揭示的造山带岩石圈速度结构 细节,对研究与地表地质有关的地球动力学无疑是十分重要的．     

地球物理综合观测揭示秦岭—桐柏—大别复合造山带地壳及上地幔结构

秦岭—桐柏—大别复合造山带(以下称为秦岭大别造山带)属于中国中央造山带的一部分,由华北克拉通与扬子克拉通汇聚形成.对于秦岭大别造山带及其周缘地区的研究,可以为这一大陆碰撞造山带的形成与演化过程提供重要信息.本文整合研究区域的接收函数与背景噪声数据,采用H-κ叠加分析、接收函数与背景噪声联合反演、克希霍夫偏移成像等方法,得到了沿秦岭东西方向具有高分辨率的地壳及上地幔结构.研究结果显示:(1)莫霍面深度由西向东逐步抬升,由剖面西侧最深约55 km上升至剖面东侧最浅约30 km;莫霍面于东西秦岭之间起伏明显;桐柏以及东大别下方莫霍面局部加深.(2)西秦岭中下地壳观测到的高速异常阻隔了青藏高原东北缘地壳低速异常的向东扩张,反映了青藏高原东北缘的中下地壳流没有通过西秦岭继续向东流动.(3)西秦岭岩石圈地幔顶部高速异常延伸至100 km深度(剖面底部),桐柏—西大别岩石圈地幔顶部高速延伸至70 km深度,东大别、东秦岭岩石圈地幔顶部未见较大深度范围的高速异常.     

大别造山带上部地壳结构的有限差分层析成像

将有限差分层析反演方法用于大别造山带人工地震测深剖面上部地壳初至波的走时层析成像，得到这一剖面上部地壳横向不均匀结构图像表明，在南大别地区的超高压变质带发现榴辉岩相岩石，其下方3km深度以内的基底仍具有大陆地壳构造中正常的结晶基底速度（6．00km／s左右）；北大别地区在整个上地壳保持正常的速度，而在超高压带下方3km深度以下为6．20-630km／s的相对高速异常区，这一现象可能与超高压变质岩的含量增大有关．同时还表明，南大别和北大别之间至少在上地壳已有明显差异，它们之间的水吼一五河断裂可能是大别造山带内部的主要构造分界线．     

大别─苏鲁碰撞造山带的地震层析成像研究──岩石圈三维速度结构

对包含大别－苏鲁碰撞造山带在内的东经 １１２°－１２４°,北纬２８°－３９°区域进行地 震层析成像研究,重建其地壳及上部地幔的三维速度图像．结果表明：造山带岩石圈速度横 向不均匀性显著;大别造山带以商城－麻城断裂为界,东侧的大别地块与西侧红安地块在地 壳速度上是两个不同的速度块体;中地壳 １５—２５ｋｍ深度范围内存在低速带,与伸展滑脱构造 有关;南、北大别构造单元之下,莫霍面下凹,地壳内发育了速度为６．５－６．６ｋｍ／ｓ、向北倾斜的 相对高速体,与超高压变质岩体相对应;在大别－苏鲁造山带下方的上部地幔中存在向北倾 斜的板片状高速体,结合已有地质、地球化学证据推测,它是三叠纪俯冲的扬子地块的残留 体;俯冲板片在深部发生了断离．本文利用地震层析成像方法揭示的造山带岩石圈速度结构 细节,对研究与地表地质有关的地球动力学无疑是十分重要的．     

大别造山带地壳S波速度结构

在大别造山带深地震测深剖面H维P波地壳速度结构的基础上,从地震记录的水平分量得到S波地壳速度结构,并用P波和S波的资料共同约束地壳的组成.剖面上大多数炮点的记录均显示了清晰的Sg和SmS震相.在埠塔寺炮和金拱炮的记录上还较清晰地显示出莫霍界面的反射转换震相PmS,表明在相应的范围内莫霍界面是一级间断面.在Pn和SmS震相都比较强的记录截面图上缺少相应的Sn震相,表示在上地幄顶部泊松比随深度急剧增大,在这一深度上物质可能存在局部熔融状态.剖面的地壳泊松比模型表明,上地壳在深度10km以内泊松比为025左右,仅北淮阳弧后复理石带较低,为0.23；扬子板块和华北板块的下地壳泊松比为0.26-0.27；在大别选山带,上地壳下部泊松比为0.22-0.24,而下地壳泊松比为0.27-0.30,其中超高压变质带最高.P、S波速度和泪松比表明超高压变质带下地壳主要由基性麻粒岩组成.大别造山带中、下地壳组成的横向不均匀性反映了在三叠纪造山作用期间扬子板块向华北板块俯冲,以及存在与地慢物质相联系的岩浆侵入体.     

东秦岭造山带岩石圈热结构及断面模型

东秦岭岩石圈热结构热状态十分不均匀,沿断面可分成华北地块、北秦岭、南秦岭、扬子地块4大特征,其分界明显,南秦岭为“热区”,北秦岭为“冷区”。商丹断裂带具81.3mW·m~(-2)高热流值,是南北秦岭的分界线,是多期构造运动的活动带,是扬子与华北的缝合带。加里东期扬子向华北俯冲碰撞;印支-燕山期俯冲板片由于“去层状化作用”断开下沉,软流圈上侵,岩石圈土地幔变薄。后因华北岩石圈下部插入扬子俯冲板片中形成穿插构造,商丹断裂带成为现今向南倾的走滑断裂带。中上地壳有不同时期的大规模逆冲推覆体、断块向南叠置;下地壳缩短成“漏头”状下滑,地壳增厚造成东秦岭造山带现今独特复杂的岩石圈五层结构模型。     

四川盆地东西陆块中下地壳结构存在差异

四川盆地是中上扬子克拉通的主要组成部分.作为我国三大稳定克拉通之一,扬子克拉通经历了自太古代以来的长期演化,直到新元古代晚期与华夏板块发生碰撞拼合前,一直被认为是一个稳定的统一陆块.基底包括了新太古宙-新元古代岩层,其上广泛被新元古代晚期至显生宙地层覆盖,仅有~2.9—2.95Ga基底岩石零星出露于四川盆地的西缘、西南缘和三峡地区,使得对于沉积盖层之下的中下地壳的性质和分布规模的认识十分有限.重力异常则能够宏观揭示区域结构特征.本文通过刨除沉积盖层和莫霍面起伏引起的重力异常而获得了中下地壳的重力异常,反映了四川盆地东西陆块中下地壳存在结构差异,结合深地震反射资料、航磁异常和地球化学资料,证实了该分界线位于重庆—华蓥一线,故而推测中上扬子克拉通在太古宙-古元古代可能存在东西两个陆核.     

青藏高原地壳的三维密度结构和物质运动

应用区域重力场小波多尺度分析和反演于青藏区后,得到6个地壳等效层密度扰动图件,刻划了地壳三维密度结构,为研究地壳构造和物质运动提供了重要佐证.研究表明在青藏高原地壳内密度变化有以下三个规律.1)从上地壳到下地壳,平面分布上低密度区的分布范围逐渐扩大;在下地壳只有刚性克拉通地体才有显示高密度.2)从上地壳到下地壳,平面分布上密度扰动区的尺度逐渐扩大;到下地壳高或低的密度区不仅数量大为减少,而且边界更加清晰.3)从上地壳到下地壳,青藏高原南部的低密度带不断向北移动,反映印度陆块向欧亚大陆的向北俯冲.青藏高原下地壳密度高的克拉通地体有羌塘、柴达木和巴颜喀拉三个;而昆仑山、阿尔金山、祁连山和冈底斯地块都属于低密度的中新生代构造活动单元.拉萨地块也是低密度地块,在中下地壳它与冈底斯地块相连,应归属于中新生代构造活动单元.松潘甘孜地块在下地壳为低密度,但在上中地壳逐步变为高密度,并与巴颜喀拉克拉通地体连接.这种情况可能反映巴颜喀拉地体的上地壳随印澳板块俯冲向东南方向挤出.青藏高原低密度的物质也由下地壳向上挤出,在中上地壳体积迅速减小.由于下地壳低密度的物质向上挤出,中地壳密度高的克拉通地体会相应发生裂解,使克拉通地块的数目增加.高原北缘的下地壳低密度物质侧向挤出的枝杈有三支;其中一支从西昆仑到天山,另一支从龙门山西秦岭到银川盆地.第三支从高原南缘理塘到大理.它们可能反映下地壳管道流,宽度约180~300km.7级以上地震震中都位于下地壳低密度物质侧向挤出枝杈周围,可能与下地壳管道流位置吻合.     

青藏高原南缘中部的地壳结构：远震P波尾波自相关的新约束

在青藏高原南缘有很多主动源和被动源地震学观测，为研究印度板块和欧亚大陆碰撞的过程和机制提供大量的地震学证据.由于印度板块的俯冲，青藏高原下方存在广泛分布的倾斜构造，对地壳结构成像带来挑战.本文基于改进的远震P波尾波自相关方法，获得了青藏高原Hi-CLIMB台阵下方清晰的P波反射率剖面.结果表明在拉萨地块下方，观察到类似于接收函数成像展示的“双Moho(doublets)”特征，反映了印度板块下地壳俯冲到青藏高原下方时可能发生了榴辉岩化；该特征向北可以追踪到31°N北侧附近，指示了印度板块下地壳的俯冲前缘.本文结果支持了印度板块向青藏高原俯冲过程中，其上地壳在雅鲁藏布江缝合带以南已被剥离，而其下地壳和岩石圈地幔继续向北俯冲并近水平地底侵到青藏高原下方.该P波反射率剖面还揭示了地壳内部的很多构造信息，例如：印度下地壳的减薄；雅鲁藏布江缝合带和班公湖—怒江缝合带的反射特征；拉萨地块和南羌塘地块的地壳内部分层特征；拉萨地块北侧和喜马拉雅北侧的中上地壳存在两个低速带.     

利用虚震源反射成像法研究江南造山带东段上地壳结构

江南造山带是华南地区扬子地块与华夏地块碰撞的产物,其地壳构造记录了两地块的碰撞过程,研究江南造山带的地壳构造有助于重建扬子地块与华夏地块的碰撞过程。本研究在江南造山带上布设了两条流动地震台阵,利用虚震源反射法提取其所记录的远震事件初至P波在地表的反射波（PPdp）波形,重构了研究区内两条测线下方的上地壳结构。结果显示:江绍断裂两侧上地壳沉积层的厚度变化明显,推断该断裂是扬子地块与华夏地块的东边界;相较华夏地块,江南造山带与扬子地块的层位连续性更强,符合江南造山带先与扬子地块合为整体后再与华夏地块碰撞的多期构造过程及其对应产生的亲扬子地块属性;江绍断裂西北侧的地层不整合以及赣东北断裂区域的断陷构造,可为了解古华夏洋向扬子陆块俯冲及碰撞和随后的构造运动过程提供参考依据。      

大别山超高压变质带深部电性结构及其动力学意义初步研究

通过在大别造山带东部横穿超高压变质带的一条NNE向剖面大地电磁测深资料的分析解释，获得了关于沿剖面的地壳上地幔二维电性结构，显示北淮阳与大别地块是电性差异显著的构造单元，它们之间的界面与晓天—磨子潭断裂对应；晓天—磨子潭断裂倾向北，在中上地壳层位出现错动解耦现象；从地表向深处可划分出4个主要电性层：地表风化层、中上地壳高阻层、壳内相对高导层以及上地幔层；大别地块内中、上地壳层位以高阻层为主，与高压-超高压变质岩分布区对应，高阻层最厚处在岳西—英山之间；在大别地块内，推测存在燕山期花岗质岩浆活动的通道，它们造成了超高压变质岩的进一步抬升，同时影响了大别地块内存在的壳内相对高导层的分布，壳内相对高导层在层位上相差较大.     

秦岭造山带与南北相邻地带远震接收函数与地壳结构

从2013年3月至2014年11月,我们布设了一条延川—涪陵的流动宽频带地震台阵,剖面由70个流动台站组成,全长约900km,穿越华北克拉通、秦岭—大巴造山带和扬子克拉通东北缘陆内三大构造单元.利用记录到的远震波形资料,提取得到5638个远震P波接收函数,使用H-κ叠加扫描和CCP偏移叠加方法刻划了秦岭造山带与南北相邻地带的地壳厚度、泊松比以及构造界带.研究结果显示,(1)关于地壳厚度:地壳最厚的区域出现在大巴山,地壳厚度集中在47~51km之间,秦岭的地壳厚度相对大巴山较薄,且呈向北减薄趋势,集中在37~46km之间,渭河盆地地壳厚度为本区域最薄地带,在34°N左右处达到最薄为35km,剖面北侧的南鄂尔多斯盆地的地壳厚度变化缓慢,多为44km左右,南侧的四川盆地东北缘的地壳厚度向南缓慢减薄,集中在42~48km之间;(2)关于泊松比:使用接收函数H-κ叠加扫描法得到了沿剖面各台站下方地壳的平均纵、横波速度比VP/VS(κ),进一步计算得到泊松比σ,泊松比具有明显的横向分块特征,秦岭造山带的泊松比明显低于南北两侧区域,其小于0.26的泊松比表征着该区域地壳物质组分主要为酸性岩石,亦即其酸性长英质组分上地壳相对于基性铁镁质组分下地壳较厚,该区域没有高泊松比分布则表明不存在广泛的部分熔融.(3)关于构造界带:秦岭—大巴造山带与扬子克拉通的边界并非在勉略构造带,应向南移至四川盆地的东北缘,华北克拉通和扬子克拉通分踞秦岭—大巴造山带南、北两侧,且分别以较陡倾角向南和相对较缓的倾角向北俯冲于秦岭—大巴造山带之下,使得秦岭—大巴造山带呈不对称状扇形向外扩展与向上抬升的空间几何模型.秦岭和大巴山之间33°N附近存在分界面,两区域地壳厚度与泊松比特征各异.     

对黄海—东海研究区深部结构的一些新认识

综合地震层析成像与重磁数据的处理结果，选择26°N～36°N，120°E～130°E的范围作为研究区，讨论了黄、东海研究区的深部结构特点及其与周边各地质单元的相互关系，完成了研究区两条剖面的密度结构反演，认为东海陆架地区地壳厚度变化与大陆地区相比并不明显，显著减薄开始于冲绳海槽地区，中地壳消失；琉球岛弧处地壳厚度明显再度增加，特别是上地壳的厚度增加最大，推断其原因应与俯冲作用及俯冲带附近板块与地幔的运动速率之差有关.地球物理场“东西分带”是黄海—东海地区壳内结构从西向东变化的反映，但随着深度的增加，研究区的岩石层结构出现以近EW向为优势的构造格局.因此推断深部近EW向的异常是三叠纪时期南北板块碰撞、挤压所致，浅部的NE向条带异常是后期构造运动在岩石层较浅部位构造效应的反映.黄海—东海地区岩石层结构存在浅部与深部优势构造方向不协调的现象.层析成像结果证实了南黄海东缘断层的存在，还勾绘出绍兴—十万大山碰撞带为以40°左右的倾角向NW方向倾斜的高速带，另一条倾向基本相同的高速带则是南、北扬子块体结合带在深部的反映.     

大陆深俯冲带的地壳速度结构——东大别造山带深地震宽角反射/折射研究

在安徽大别山(东大别)进行的深地震宽角反射/折射探测获得6条二维地壳速度结构剖面. 结果显示，东大别造山带地壳为一高速穹隆构造，在其核部中、下地壳变质岩出露于地表，波速高达5.0km/s；在其翼部，上、中地壳发育速度约6.1km/s的壳内低速层(体). 莫霍面的起伏变化较大，中心部位深达41km左右，周边地区则抬升到32～34km. 在晓天—磨子潭断裂一线下方莫霍面垂向错断，断距约4km. 东大别造山带具有大陆深俯冲-碰撞造山带地壳结构的典型式样. 莫霍面错断与扬子陆块深俯冲有关，错断处表征扬子与华北陆块碰撞缝合的深部位置. 高速穹隆构造可能是两陆块碰撞挤压的产物，穹隆翼部上、中地壳发育的低速滑脱带(面)可能在碰撞期之后的地壳伸展、超高压变质岩从中地壳抬升出露于地表过程中起到重要作用.