云南地区的短周期面波相速度层析成像研究

利用云南数字地震台网23个台站记录的短周期（1~18 s）面波资料，用双台窄带通滤波互相关方法，测定了在209条路径上的基阶瑞利波相速度频散曲线，并通过层析成像反演得到各周期的相速度分布图象. 给出了沿24N，25N，26N及27N和100.5E的相速度频散剖面图. 结果表明:云南地区的相速度分布图象具有强烈的横向变化，短周期段的相速度分布与沉积层厚度密切相关，中甸、丽江东部区域在约25 km深度存在着明显的低速层，而畹町、云县、思茅一带在该深度范围是一明显的大面积高速区域. 小江断裂与红河断裂围成的川滇菱形块体南段为低相速度区域. 云南地区强震震中位置主要分布在相速度高速与低速过渡的区域.      

蒙古中南部地区基于天然地震的 勒夫波相速度层析成像

借助中蒙国际科技合作项目获取的宽频带地震台阵观测数据, 采用小波变换频时分析技术提取了蒙古中南部地区901条双台间基阶勒夫波相速度频散曲线. 通过对该曲线进行二维反演, 重构了蒙古中南部地区12—80 s周期内横向分辨率约为50 km的勒夫波相速度分布图. 结果显示, 蒙古中南部地区相速度分布存在一定的横向不均匀性. 短周期内(12—20 s), 相速度分布受地表地形的控制, 杭爱—肯特山盆表现为高速异常, 乌兰巴托盆地、 中戈壁带及南戈壁带均表现为低速异常; 中等周期内(20—40 s), 研究区相速度分布形态与短周期类似, 但横向不均匀性强度减弱; 中长周期内(40—70 s), 南戈壁带和杭爱—肯特山盆为低速异常, 中戈壁带为高速异常, 整个区域表现出南北低速异常夹中部高速异常的形态, 与瑞雷波中长周期速度分布形态显著不同. 结合中戈壁带分布大量新生代火山岩, 推测研究区域内存在较强的径向各向异性.      

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.     

蒙古中南部地区面波相速度层析成像

本文采用小波变换频时分析技术提取了1893条蒙古中南部地区双台间基阶Rayleigh波相速度频散曲线,通过对提取到的相速度频散进行二维反演,首次重构了蒙古高原中南部10~80s周期内分辨率为0.5°×0.5°的相速度分布图.结果表明,短周期相速度频散(10~20s)明显受地表地形控制,表现为杭爱—肯特山盆地为相对高速异常,而南部的戈壁带表现为相对低速异常;在30s到60s周期内,南部的戈壁带和北部的杭爱—肯特山盆地都显示出稳定的高速异常,而中部戈壁带则表现为低速异常.该低速异常区与新生代火山岩出露位置的一致性,暗示该低速异常可能与新生代火山活动有关.穿过蒙古高原中部的两条主要断裂带与研究区内的地震波速度分布具有很好的一致性,可能暗示两条断裂带一直延伸到整个岩石圈.此外,蒙古中南部地区的壳幔速度低于全球平均大陆值,且其相速度频散曲线与遭受破坏的克拉通,尤其大陆裂谷很相似,可能暗示着研究区具有薄的、活跃的岩石圈构造.     

青藏高原东南缘地壳上地幔三维S波速度结构及动力学意义

青藏高原东南缘地形地貌复杂,构造运动强烈,是研究青藏高原地下变形和物质运移的重点区域.文章通过该区域132个固定台站的10年地震瑞利面波的双台法频散分析,并融合背景噪声方法的面波频散数据,获得了周期为5～150s的瑞利面波相速度频散资料,然后使用面波直接反演方法得到了该区域从地壳到上地幔顶部的三维S波速度结构模型.观测到该区域中下地壳存在两条低速带,分别分布在松潘-甘孜块体与川滇菱形块体西北部地区,以及小江断裂带及其东侧的云贵高原地区.小江断裂带及东侧的低速体很可能是其地壳本身增厚导致了壳内长英质物质发生塑性变形甚至部分熔融而造成的.此外,该区域中下地壳呈现显著的正径向各向异性(VSHVSV)也增强了VSV结构的低速异常幅度.小江断裂带的壳内低速异常体向南跨过红河断裂带延伸到越南北部,其形成可能与上地幔热源密切相关.两条壳内低速带在安宁河-则木河断裂带附近被一个高速体所隔开,其正好位于峨眉山大火成岩省的内带和中带区域.在云南中部峨眉山大火成岩省内带地壳中观测到了一个非常明显的柱状高速体,可能是峨眉山大火成岩省形成时残留在地壳中的基性-超基性物质.在上地幔顶部,红河断裂以南的印支和华南块体中出现了大范围的低速异常,并随着深度增加逐渐沿着小江断裂带向北延伸进入扬子克拉通.基于成像结果,认为青藏高原东南缘正同时经历三种不同模式的构造运动:(1)上地壳物质强度较大,在大型走滑断层的控制下呈刚性挤出;(2)中下地壳存在被较高强度物质分隔开的两片黏塑性物质区域,在区域应力场和断裂带的控制下向南发生塑性运移;(3)红河断裂以南的上地幔主要受控于大规模的软流圈物质上涌,与岩石圈拆沉和缅甸下方印度板块的东向俯冲与后撤密切相关.     

利用接收函数两步反演法研究小江断裂带及邻区地壳S波速度结构

文中基于2011年9月2日—2014年1月16日小江断裂带及邻区48个台站的远震三分量波形数据提取径向P波接收函数,采用两步反演法和Bootstrap重采样技术反演了各台站下方的S波速度结构,对小江断裂带及邻区的地壳深部结构进行了研究。结果表明：1)研究区地壳的S波速度在横向和垂向上都存在明显的非均匀特性,近地表处有2～4km厚的低速沉积层;中上地壳的S波速度呈高、低速相间分布;在20～35km的深度范围内存在明显的低速层,主要间断分布于小江断裂以西的川滇菱形块体和红河断裂以南的印支块体内部,另外在师宗-弥勒断裂附近也有局部分布。2)小江断裂带中、北段壳内低速层较为发育,以中段最为突出,最厚约达28km;南段在15～25km深度范围内存在明显的高速区。3)研究区的泊松比普遍较低(平均为0.24),呈不均匀分布,且横向变化剧烈,小江断裂带的泊松比总体呈北段较高、南段次之、中段低的分段特征;研究区壳内低速分布与泊松比间的对应关系不明显,大部分低速层似乎缺少发生部分熔融的条件,其地球物理结果的差异和不一致说明壳内低速层的变形演化机制及物理特性较为复杂。     

青藏东南缘背景噪声的瑞利波相速度层析成像及强震活动

为研究青藏东南缘的速度结构及其与地震的关系,本研究使用云南区域地震台网的55个宽频带地震台站连续地震背景噪声数据,采用双台站互相关方法获得瑞利面波经验格林函数,提取相速度频散曲线,根据面波层析成像反演得到云南地区周期5~34 s范围内相速度分布图像.反演结果揭示研究区地壳及上地幔速度结构存在明显横向不均匀性.短周期(5~12 s)相速度异常与研究区内沉积层厚度、结晶基底埋深等区域地质构造有密切的关系;16~26 s周期内由红河断裂、小江断裂和剑川断裂围成的"川滇菱形块体"内呈现大范围的低速异常,至30~34 s时"川滇菱形块体"下方又变为高速异常,纵观整个范围川滇菱形块体内相速度的变化情况,暗示中下地壳处的低速异常区很可能就是青藏高原下地壳流的通道.1970年以来的地震活动显示,云南区域强震活动空间分布不均匀,具有比较显著的块体活动特点,但大多数集中在上地壳,除滇中块体外,地震主要发生在高低速分界面和低速异常区,震级一般不超过7级.在深度15~30 km范围内,5级以上强震的数量很少,但7级以上地震却集中在这个深度范围,主要发生在高低速分界面并更深入到相对高速的异常体内.     

云南地区地壳速度结构的层析成像研究

利用地震波到时和体波层析成像方法反演了云南地区的P波速度结构,根据不同深度的速度异常分析了主要断裂和区域动力作用的深部效应,揭示出壳内低速层的分布范围以及与下地壳流动的联系.研究结果表明,哀牢山-红河断裂两侧的地壳速度结构存在明显的差异,滇中地区的速度异常分布与小江断裂、元谋断裂、程海断裂等南北走向的断裂一致,反映了青藏东部地壳块体顺时针旋转产生的构造效应;滇西南的速度异常分布与哀牢山-红河断裂、无量山断裂、澜沧江等断裂的走向平行,显示了印支块体朝东南方向挤出产生的影响;沿着南汀河断裂分布的低速异常则与印缅块体侧向挤压引起的构造活动有关.壳内低速异常具有分层和分区特征:在哀牢山-红河断裂西侧和澜沧江之间主要分布在地壳中上部,在小江断裂和元谋断裂附近分布在地壳中下部,在滇中地区则广泛分布于地壳底部至莫霍面附近,东、西两侧分别受到小江断裂和哀牢山-红河断裂的限制.其中攀西地区的低速异常与小江断裂和元谋断裂在此附近交汇形成的热流传输通道以及张裂时期强烈的壳幔热交换有关;在哀牢山-红河和澜沧江地区,除了印支块体向东南方向的挤出之外,印缅块体的侧向挤压和向东俯冲也对地壳深部的构造变形产生了一定的影响,由此引发的地幔上涌将导致热流物质沿着断裂通道进入地壳形成低速层.因此,哀牢山-红河断裂不仅在地壳浅部是分隔印支块体和华南块体的地质界限,也是控制两侧区域深部构造变形和壳内韧性流动的分界.     

秦岭-大别及邻区背景噪声的瑞利波层析成像

秦岭—大别造山带西起青藏高原东北缘,东至郯庐断裂带,是华北板块和扬子板块之间的碰撞造山带.本文收集陕、豫、皖、赣、湘、鄂、渝等区域地震台网的160个宽频带地震台站连续两年地震背景噪声数据,用双台站互相关算法获得瑞利面波经验格林函数,提取相速度频散曲线,并根据面波层析成像反演得到秦岭—大别及邻区周期8~35 s范围内相速度分布图像.结果显示,大别地块在14 s相速度分布图中呈现低速异常,与8 s相速度分布图中的高速异常形成鲜明对比,反映大别HP/UHP(high pressure/ultrahigh pressure metamorphic rocks,高压/超高压变质岩)的影响仅存在于上地壳.25 s相速度图中,大致以太行一武陵重力梯度带为界,东部以高速异常为主,西部以低速异常为主,反映了地壳东薄西厚的结构特征.14~35 s相速度分布图显示郯庐断裂带南段东西两侧的显著差异,佐证了郯庐断裂带发生大规模左行平移运动时,其南段可能切入壳幔边界.同时,郯庐断裂带南段可能存在一个热物质上涌的通道,熔融的热物质通过该通道上升,混入大别地区的中下地壳,造成了红安一大别造山带的差异隆升.南秦岭与四川盆地东北部表现为低速异常,是否与青藏高原物质东流或者南秦岭的拆沉有关,还有待于进一步深入研究.     

云南地区地壳中上部横波速度结构研究

根据云南地区的基阶瑞利波相速度频散资料，用面波层析成像方法反演得到该区域中上地壳S波速度结构. 给出了研究区域内在4个深度上的S波速度水平分布图像和沿100.5°E、24°N、25°N、26°N及27°N的S波速度-深度剖面图. 结果表明：在小江断裂与红河断裂围成的川滇菱形块体内，26～30km深度处的速度明显低于周边地区，其南段从地表到15km深度均为明显的低速区域. 云南地区的强震（M＞6.0）震中位置与S波速度分布图像具有明显的相关性，主要分布于高速与低速的过渡区域.     

Seismic tomography of Yunnan region using short-period surface wave phase velocity

Introduction The Yunnan region is located on the east margin of the collision zone between the Indian and Eurasian plates; it belongs to the south section of the N-S Seismic Belt of China and is the junc-ture of the Yangtze metaplatform, Songpan-Garz?fold system, Sanjiang fold system and South China fold system. This region has complex tectonic movements, crisscross faults and frequently occurring strong earthquakes, and hence it is one of the regions with the strongest earthquake ac-tivi…     

Rayleigh wave phase velocities of South China block and its adjacent areas

Using records of continuous seismic waveforms from 609 broadband seismic stations in the South China Block and its adjacent areas in 2010–2012, empirical Green's functions of surface waves were obtained from cross-correlation functions of ambient noise data between these stations. High quality phase velocity dispersion curves of Rayleigh waves were obtained using time-frequency analysis. These interstation dispersion curves were then inverted to build Rayleigh wave phase velocity maps at periods of 6–50 s. The results of phase velocity maps indicate that phase velocities at 6–10 s periods are correlated with the geological features in the upper crust. Major basins and small-scale grabens and basins display slow velocity anomalies; while most of the orogenic belts and the fold belts display high velocity anomalies. With the gravity gradient zone along Taihang Mountain to Wuling Mountain as the boundary for the phase velocity maps at period of 20–30 s, the western area mainly displays low velocity anomalies, while the eastern side shows high velocity anomalies. Phase velocities in the eastern South China Block south to the Qinling-Dabie orogenic belt is higher than that in the eastern North China Block to the north, which is possibly due to the differences of tectonic mechanisms between the North China Craton and the South China Block. The phase velocities at periods of40–50 s are possibly related to the lateral variations of the velocity structure in the lower crust and upper mantle: The low-velocity anomalies in the eastern part of the Tibetan Plateau are caused by the thick crust; while the Sichuan Basin and the southern part of the Ordos Basin display distinct high-velocity anomalies, reflecting the stable features of the lithosphere in these blocks. The lateral variation pattern of phase velocities in the southern part of the South China Block is not consistent with the surface trace of the block boundary in the eastern Yunnan Province and its vicinities. The phase velocities in the Sichuan Basin are overall slow at short periods and gradually increase with period from the central part to the edge of the basin, indicating the features of shallower basement in the center and overall stable lithospheric mantle of the basin. The middle and upper crust of the southern Ordos Basin in the North China Block is heterogeneous, while in lower crust and the uppermost mantle the phase velocities mainly exhibit high anomalies. High-velocity anomalies are widespread at the middle of the Qinling-Dabie orogenic belt, as well as the areas in southeastern Guangxi with Caledonian granite explosion, but its detailed mechanism is still unclear.     

Rayleigh wave phase velocity tomography and strong earthquake activity on the southeastern front of the Tibetan Plateau

To investigate the relationship between velocity structure and earthquake activity on the southeastern front of the Tibetan Plateau, we make use of continuous observations of seismic ambient noise data obtained at 55 broadband stations from the regional Yunnan Seismic Network. These data are used to compute Rayleigh wave Green's Functions by cross-correlating between two stations, extracting phase velocity dispersion curves, and finally inverting to image Rayleigh wave phase velocity with periods between 5 and 34 s by ambient noise tomography. The results show significant lateral variations in crustal and uppermost mantle structures in the studied region. Phase velocity anomalies at short periods(5–12 s) are closely related to regional tectonic features such as sediment thickness and the depth of the crystalline basement. The Sichuan-Yunnan rhombic block, enclosed by the Honghe, Xiaojiang and Jianchuan faults, emerges as a large range of low-velocity anomalies at periods of 16–26 s, that inverts to high-velocity anomalies at periods of 30–34 s. The phase velocity variation in the vicinity of the Sichuan-Yunnan rhombic block suggests that the low-velocity anomaly area in the middle-lower crust may correspond to lower crustal channelized flow of the Tibetan Plateau. The spatial distribution of strong earthquakes since 1970 reveals that the Yunnan region is inhomogeneous and shows prominent characteristics of block motion. However, earthquakes mostly occur in the upper crust, with the exception of the middle-Yunnan block where earthquakes occur at the interface zone between high and low velocity as well as in the low-velocity zones, with magnitudes being generally less than 7. There are few earthquakes of magnitude 5 at the depths of 15–30 km, where gather earthquakes of magnitude 7 or higher ones which mainly occur in the interface zone between high and low velocities with others extending to the high-velocity abnormal zone.     

青藏高原东南部地区瑞雷波相速度层析成像

本研究收集了"中国地震科学探测台阵-南北地震带南段"项目325个流动宽频带台站于2011年8月至2012年9月记录的远震垂直向资料,利用双台法测得了3594条独立路径上的瑞雷波相速度频散曲线,反演得到了青藏高原东南部地区周期10~60s瑞雷波的相速度分布图像.空间分辨尺度图表明,在台站覆盖范围内的绝大部分地区横向分辨率达到50km.2D相速度分布图显示,青藏高原东南部地区地壳上地幔S波速度结构存在较明显的横向非均匀性.短周期(如10s)的相速度分布主要受地表沉积层厚度的影响.绝大多数地震发生在周期15s相速度图上的低速区或高低速的陡变梯度带附近,充分说明该区的强震活动与中上地壳速度结构的变化有直接关系.中等周期(如20~30s)的相速度分布主要与中下地壳速度结构、地壳厚度密切相关,小江断裂、松潘—甘孜块体呈现最显著的低速,可能暗示这两处的中、下地壳存在低速层.较长周期(如40~60s)的相速度分布与上地幔顶部热状态和构造活动(如岩浆作用)有关.滇西南地区表现为大范围的显著低速,可能暗示滇西南地区上地幔顶部物质存在部分熔融.不同构造块体下方的频散曲线,具有不同的相速度特征.腾冲火山下方的频散曲线在10~60s一直为较低的速度,尤其是到40s以后,相速度随周期的变大增速明显放缓,至60s比其他任何块体速度都低,暗示腾冲火山区下方的低速至少来自上地幔顶部(约100km).     

High-resolution Rayleigh wave phase velocity maps from ambient noise tomography in North China

We presented high-resolution Rayleigh wave phase velocity maps at periods ranging from 5 s to 30 s in the northeast part of the North China Craton (NNCC). Continuous time-series of vertical component between October 2006 and December 2008, recorded by 187 broadband stations temporarily deployed in the NNCC region, have been cross-correlated to obtain estimated fundamental mode Rayleigh wave Greenos functions. Using the frequency and time analysis technique based on continuous wavelet transformation, we measured 3 667 Rayleigh wave phase velocity dispersion curves. High-resolution phase velocity maps at periods of 5, 10, 20 and 30 s were reconstructed with grid size 0.25° × 0.25°, which reveal lateral heterogeneity of shear wave structure in the crust and upper mantle of NNCC. For periods shorter than 10 s, the phase velocity variations are well correlated with the principal geological units in the NNCC, with low-speed anomalies corresponding to the major sedimentary basins and high-speed anomalies coinciding with the main mountain ranges. Within the period range from 20 s to 30 s, high phase velocity observed in eastern NCC is coincident with the thin crust, whereas low phase velocities imaged in central NCC is correlated to the thick crust. However, the low-velocity anomaly in the Beijing-Tianjin-Tangshan region displayed in the 20 s and 30 s phase maps may be associated with fluids.     

陕西及邻区瑞雷波相速度层析成像

本文利用布设于陕西及其邻区的喜马拉雅二期流动地震台阵和区内的固定地震台网共计257个台站于2014—2015年记录到的连续波形资料,采用基于图像分析的相速度提取方法,得到了7 185条瑞雷波相速度频散曲线,反演获得了周期为5—40 s的瑞雷波相速度分布图像,其最小分辨率约为20 km。结果表明:各周期瑞雷波相速度图像具有明显的横向不均匀性,能够较好地反映出地壳及上地幔顶部的地质构造特征。周期为5—10 s的瑞雷波相速度分布与地表地质构造密切相关,且高低速异常的分界线与地块边界高度吻合;周期为15 s的瑞雷波相速度分布图像显示出,大部分断陷沉积盆地（渭河、天水等盆地）表现为低速异常,表明此区域的沉积层厚度较大;周期为20—40 s的相速度分布则受地壳厚度影响较大,青藏高原东北缘始终呈现出明显的低速异常,鄂尔多斯地块中、下地壳以高速异常为主,但周期为20—30 s的相速度低速异常区分布于青藏高原沿六盘山逆冲褶皱带并一直延伸至鄂尔多斯内部,由此推测该区域地下介质中存在一定程度的物质交换和融合。      

青藏高原东北缘及周边地区基于程函方程的面波层析成像

利用"中国地震科学台阵探测"在南北地震带北段布设的670套宽频带地震台站记录到的面波资料,使用新近发展的程函方程面波层析成像方法,获得了青藏高原东北缘及周边地区12~60 s周期范围比以往成像结果具有更高分辨率的瑞利面波相速度分布图像.青藏高原东北缘的祁连褶皱系西段、秦岭褶皱系西段和松潘一甘孜褶皱系,在16~60s周期范围内均显示出明显的低速异常分布,表明该地区的地壳力学强度较低,在强烈的构造应力作用下易发生形变.与西段不同,祁连褶皱系东段和秦岭褶皱系中段的相速度分布特征揭示,其中下地壳的速度明显高于高原内部区域.鄂尔多斯块体整体上表现为稳定块体具有的高速特征,但其西部边缘在中上地壳的速度比块体中部地区偏低,且存在一定的不均匀性.鄂尔多斯块体西北缘的临河断陷盆地和西缘的银川断陷盆地,在较短的周期范围内(12~20 s)表现为局部低速特征,但与银川断陷盆地不同,临河断陷盆地的低速特征可一直延续至60 s周期以上,表明该盆地下方地壳及上地幔速度明显偏低,可能与深部热作用有关.阿拉善块体与其北部地区的速度差异主要表现在中上地壳,这一现象值得今后进一步探讨.基于程函方程面波层析成像方法给出了青藏高原东北缘及周边地区高分辨率的成像结果,揭示了以往面波层析成像难以获得的深部细节特征,为该地区的深部构造研究提供了新的信息.     

云南北北西地震条带GPS观测

云南北北西地震条带西起中甸、保山,跨越洱源-鹤庆断裂、程海断裂、红河断裂、曲江断裂、澜沧江断裂以及小江断裂等主要活动断裂,止于云南东部的寻甸、弥勒,其上共有17个GPS观测点。通过对这17个测点进行复测,并以2001年观测资料作为背景,获取了观测区域内地壳水平形变速率、地应变、面膨胀等信息。结果显示,滇西的永胜、洱源、下关、南涧一带地壳差异运动最强烈,其次是滇南的通海、建水地区。