丽江-攀枝花-者海地带二维地壳结构及其构造意义

本文利用攀西地区通过攀枝花的东西向剖面爆炸地震资料,进行了震相的重新识别和二维射线追踪与理论图计算.结果表明,沿剖面地表附近有4个低速区和若干高速带,它们与地质和构造有很好的对应关系.渡口附近的高速岩体一直延伸到了上地壳的底部,形成一个统一的地垒状构造,该高速体与攀枝花成矿岩体相关,并推断华坪及其以西地带也是找矿的有利地区.中地壳下部有一厚度约9km的低速层,它可能是壳内的韧性剪切带.低速层顶部深度为27.0-29.5km,与研究地区的居里面深度及天然地震震源深度的分布基本符合.剖面东段中地壳顶部还有一层很薄的低速层,反映了构造带两侧运动的不对称性.地壳厚度为53-56km,构造带中部的Moho界面没有明显的上隆.     

青藏高原东缘龙门山逆冲构造深部电性结构特征

通过对汶川地震前观测的碌曲—若尔盖—北川—中江大地电磁剖面的数据处理和反演解释,揭示了沿剖面的松潘—甘孜地块、川西前陆盆地、龙门山构造带及秦岭构造带50 km深度的电性结构特征及相互关系,表明青藏高原东缘向东挤压,迫使向东流动的地壳物质沿高原东缘堆积,并向扬子陆块逆冲推覆.龙门山恰好位于松潘—甘孜地块与扬子陆块对挤部位,主要受松潘—甘孜地块壳内高导层滑脱和四川盆地基底高阻体阻挡的约束,地壳深部存在着西倾且连续展布的壳内低阻层,表明龙门山深部确实存在着逆冲推覆构造,其逆冲断裂系中的三条断裂不仅以不同的倾角向西北倾斜,并且向深部逐渐汇集,但茂县—汶川断裂可能在深部与北川—映秀断裂是分离的.龙门山两翼的四川盆地和松潘甘孜褶皱带的电性结构既具有明显差异性,又具有一定的相关性.四川盆地显示巨厚的低阻沉积盖层和连续稳定的高阻基底的二元电性结构,而松潘—甘孜地块则表现为反向二元结构,即上部大套高阻褶皱带,下部整体为低阻的变化带,龙门山逆冲构造带本身又表现为松潘地块逆冲上覆在四川盆地之上,构成上部高阻褶皱带、中部低阻逆冲断裂带和底部盆地高阻基底的三层电性结构.对比龙门山逆冲构造断裂带的西倾延伸上下盘两侧的两个反对称的二元电性结构,松潘区块深部推断的结晶基底与龙门山断裂带下盘推断的下伏盆地结晶基底又存在某种内在对应关系,推断可能存在一个西延至若尔盖地块的泛扬子陆块.因此,龙门山构造带地壳电性结构研究对于揭示青藏高原东缘陆内造山动力过程,探索汶川大地震的深部生成机理都具有重要意义.     

拜城—大柴旦剖面的上地壳Q值结构

利用横跨塔里木盆地、阿尔金造山带和柴达木盆地的拜城—大柴旦综合地球物理剖面的人工地震宽角反射/折射资料，对拜城—大柴旦剖面研究区上地壳的Q值结构进行了反演. 结果表明，研究区上地壳的Q值结构具有明显的分层性，Q值随深度的加大而增大；横向对应的不同地质构造单元的Q值具有不同的分布特点. 塔里木盆地的上地壳具有稳定的Q值结构，但盆地北缘（特别是库车坳陷）的Q值比南缘的低，表明北缘的介质比较破碎. 这可能与盆地北缘活跃的构造特征与巨大的沉积厚度有关，是引起盆地南北两侧地震活动性差异（北缘强，南缘弱）的重要原因之一. 阿尔金造山带上地壳的平均Q值较高（约500），这可能由于结晶基底埋藏较浅，基岩出露，因此地震波在此处传播能量衰减较慢所致. 柴达木盆地西半部分上地壳的Q值除了表层的（厚1.0～2.0km）较高外，其余各层的Q值与塔里木盆地中部的相当（平均约400），显示了与塔里木盆地相似的稳定构造.     

鄂尔多斯断块地壳电性结构

鄂尔多斯断块作为新生代以来的稳定块体,其中下地壳内是否存在低阻层一直受到关注。基于穿过鄂尔多斯断块大地电磁剖面的观测资料,利用新的数据处理和解释技术,对鄂尔多斯断块的地壳结构进行了整体研究,发现鄂尔多斯断块的地壳具有成层性结构特点,并在约20km深度存在低阻层,推测它是由流体引起的电阻率降低。在断块东、西两侧的构造活动区,其地壳内不存在成层性电性结构,其中的低阻带可能与地壳内的滑脱带(或韧性剪切带)有关。鄂尔多斯断块和周围地区地壳电性结构的不同特点,对于分析不同地块的变形和地震活动性等有一定价值。     

岫岩陨石坑三维Q值层析成像

到2009年为止,世界上已发现176个陨石撞击坑.从20世纪80年代起,中国学者从地质、地球化学和地质钻探角度推断并证实辽宁省岫岩县的一个环形构造为陨石撞击而成,但该坑的深部构造及整体特征仍有待地球物理方法来确认.本文从地震勘探角度利用三维Q值层析成像方法首次对岫岩坑的地震波衰减结构进行了研究,以便对该撞击构造有个整体认识.Q值结构对了解地壳的非弹性性质、地壳介质非均匀性有着重要意义.利用基于吸收特征时间t^*的三维Q值层析成像方法,计算了岫岩坑地震折射方阵的观测数据的振幅谱,并通过拟合振幅谱得到了反映地震波衰减的t^*.利用t^*通过三维Q值层析成像方法获得了该坑的三维Q值结构.结果表明:该陨石坑内从地表到深度100 m的Q值层对应坑内上部107 m厚的湖泊相沉积物,深度100~300 m的Q值层对应坑内下部厚度为188 m的角砾岩堆积透镜体.深度300~700 m的Q值层对应角砾岩堆积透镜体下面的下元古界变质岩系程度较低的撞击破碎层.大约250 m深处的波阻抗界面与地质钻孔的260 m深处的陨石冲击分界面相对应.     

云南思茅—中甸地震剖面的地壳结构

云南思茅—中甸宽角反射/折射地震剖面切割松潘—甘孜、扬子和华南三个构造单元的部分区域. 我们利用初至波和壳内反射波走时层析成像获得地壳纵波速度结构. 在获得新的地壳速度结构模型基础上，利用地震散射成像思想和低叠加次数的叠前深度偏移方法重建了研究区的地壳、上地幔反射结构. 综合分析研究区地壳P波速度模型和壳内地震反射剖面发现：沿测线从北至南地壳厚度从约50 km减薄至35 km左右，地壳厚度的减薄量主要体现在下地壳，剖面北段下地壳厚度约为30 km，剖面南段下地壳厚度仅为15 km左右；上地幔顶部局部位置P波速度值偏低，一般为76～78 km/s，反映出云南地区是典型的构造活动区的特点.剖面沿线地壳内地震反射发育，其中莫霍强反射出现在景云桥下方；在景云桥弧形断裂带8～10 km深处出现宽约50 km的强反射带.     

云南思茅—中甸地震剖面的地壳结构

云南思茅—中甸宽角反射/折射地震剖面切割松潘—甘孜、扬子和华南三个构造单元的部分区域. 我们利用初至波和壳内反射波走时层析成像获得地壳纵波速度结构. 在获得新的地壳速度结构模型基础上，利用地震散射成像思想和低叠加次数的叠前深度偏移方法重建了研究区的地壳、上地幔反射结构. 综合分析研究区地壳P波速度模型和壳内地震反射剖面发现：沿测线从北至南地壳厚度从约50 km减薄至35 km左右，地壳厚度的减薄量主要体现在下地壳，剖面北段下地壳厚度约为30 km，剖面南段下地壳厚度仅为15 km左右；上地幔顶部局部位置P波速度值偏低，一般为76～78 km/s，反映出云南地区是典型的构造活动区的特点.剖面沿线地壳内地震反射发育，其中莫霍强反射出现在景云桥下方；在景云桥弧形断裂带8～10 km深处出现宽约50 km的强反射带.     

西秦岭-东昆仑及邻近地区地壳结构——深地震宽角反射/折射剖面结果

在青藏高原东北缘,穿过阿尼玛卿缝合带东端完成了一条637 km的近南北向深地震宽角反射/折射剖面.获得的地壳结构剖面表明,该地区Moho界面埋深48～51 km,北浅南深,横向变化不大,而地壳内部构造在不同的地质构造块体差异明显.在下地壳内出现的两组能量较强的P3、P4波组,反映了研究区下地壳的反射性质和多层结构特征.阿坝弧形断裂以南和阿尼玛卿缝合带附近壳内界面变形强烈,壳内低速异常结构明显,特别是在缝合带下方20 km以下的中下地壳异常的低速结构可以解释为存在延伸至中下地壳的破碎带构造特征.在剖面南段反映西秦岭褶皱带至松甘块体相应的地震记录出现复杂、强烈的中下地壳反射和相对较弱的Moho反射震相是该地区地壳结构的明显特征.     

西秦岭—东昆仑及邻近地区地壳结构——深地震宽角反射/折射剖面结果

在青藏高原东北缘,穿过阿尼玛卿缝合带东端完成了一条637 km的近南北向深地震宽角反射/折射剖面.获得的地壳结构剖面表明,该地区Moho界面埋深48～51 km,北浅南深,横向变化不大,而地壳内部构造在不同的地质构造块体差异明显.在下地壳内出现的两组能量较强的P₃、P₄波组,反映了研究区下地壳的反射性质和多层结构特征.阿坝弧形断裂以南和阿尼玛卿缝合带附近壳内界面变形强烈,壳内低速异常结构明显,特别是在缝合带下方20 km以下的中下地壳异常的低速结构可以解释为存在延伸至中下地壳的破碎带构造特征.在剖面南段反映西秦岭褶皱带至松甘块体相应的地震记录出现复杂、强烈的中下地壳反射和相对较弱的Moho反射震相是该地区地壳结构的明显特征.     

海原构造区及其周缘上部地壳结构研究

基于甘肃省夏河县—陕西省靖边县剖面的8次人工地震初至波数据, 利用有限差分走时方法反演得到了沿该剖面长约650 km的上部地壳速度结构和结晶基底的深度分布． 反演结果显示: 海原构造区西侧的西秦岭—祁连山褶皱区上部地壳的横向非均匀性明显, 基底深度从1 km到5 km不等, 反映了褶皱区改造变形强烈的构造特征; 其东侧的鄂尔多斯盆地基底深度约为5—6 km, 其速度均匀、 稳定, 上地壳呈弱速度梯度特征; 海原构造区及海原弧形断裂带附近上部地壳的破坏变形最严重, 区内横向高低速相间分布． 综上可知, 海原构造区东西两侧上地壳结构的显著差异揭示了其结构复杂性的成因及其与地震活动性的关系．      

华北不同构造块体地壳结构及其对比研究

华北古大陆块体经多期构造运动的改造使地壳构造具有明显的分块特征. 利用华北地区近30条、共约两万公里的深地震测深资料及成果,进一步研究华北各次级块体内部地壳细结构,对比分析各块体的结构差异. 根据不同的地壳结构特征,华北地壳可分为三大类：西部鄂尔多斯盆地地壳结构简单,基底结构完整,为稳定古大陆地壳;华北中部隆起区太行山及北部阴山、燕山隆起区地壳结构相对简单,中部地壳和下地壳局部区域轻微速度逆转,可能与该区域地壳增厚隆升的壳内介质解耦形变有关;华北东部裂陷盆地地壳结构复杂, 基底下陷、破碎,壳内介质松散、速度低,Moho上隆、地壳减薄,横向结构差异明显,显示了新生地壳构造特征. 在此基础上,综合研究、探讨了华北地壳分块构造以及与之相关的动力学演化.     

太行山构造带壳幔结构分段性特征

分别利用纯S波波形反演和T函数法计算了太行山构造带及其邻近地区100km以上的壳幔剪切波速度结构,结果显示太行山构造带在南、中、北段的壳幔结构存在明显差异。南段邢台邯郸地区地壳中比较突出的特点是下地壳存在一个厚度近10km的低速层;中段石家庄—保定地区靠近山脉的各台地壳结构相对比较稳定,越向盆地区发展,结构愈加复杂化;北段到达北京地区,由于该区是太行山与燕山构造带的交汇地区,中下地壳出现薄高低速转换层位,呈现不稳定状态。沿太行山构造带东缘是地震活动带-河北平原地震带,通过对比速度结构与地震空间分布,发现不同区段小震分布特点与地下低速或不稳定结构关系密切。结合该区域上地幔速度结构特征,认为太行山中段与华北地区中新生代以来的岩石圈大规模减薄运动关系密切,而南北两段当前地幔物质比较活跃,构造运动相对更为强烈。     

青藏高原东缘地壳上地幔电性结构研究进展

经过数十年的努力,中国学者针对青藏高原东缘地壳上地幔探测,累积完成超过20000 km的大地电磁测深剖面,取得了一系列重要科学数据和认识,为青藏高原东缘构造格局、地壳上地幔电性结构、地震机制和动力学研究奠定了基础.根据青藏高原东缘的主要构造和断裂分布特征,本文重点对龙门山构造带、川滇构造带和三江构造带三个构造带分区进行研究,主要依据大地电磁探测工作成果和壳幔电性结构特征,系统地对青藏高原东缘地壳上地幔电性结构、与扬子西缘接触关系、汶川地震和芦山地震的电性孕震环境及弱物质流通道等几个方面进行了梳理和分析.一是青藏高原东缘地壳表层岩块和物质沿壳内高导层向龙门山造山带仰冲推覆,表现为逆冲推覆特征的薄皮构造;二是高原东部地壳中下部及上地幔顶部向龙门山造山带和上扬子地块西缘岩石圈深部俯冲,呈现刚性的上扬子地块西缘高阻楔形体向西插入柔性青藏块体的楔形构造;三是将汶川地震和芦山地震的震源投影到大地电磁剖面上,发现震源位于剖面下方的高阻块体与低阻体之间靠近高阻体的一侧,龙门山构造带岩石圈表现出高阻、高密度和高速的"三高"特征,这种非均匀电性结构可能构成地震孕育发生条件;四是川滇和三江地区的多条大地电磁剖面探测结果表明,在青藏高原东缘中下地壳存在下地壳流和局部管道流,大地电磁结果对其空间分布形态、位置及大小进行了较好的刻画.根据研究区壳幔电性结构特征的构造解析和综合实例分析,总结了青藏高原东缘六类壳幔电性结构模型,提出了下一步重点研究领域和目标.总之,青藏高原东缘壳幔电性结构的研究对揭示研究区岩石圈结构和构造格局提供了重要依据,对油气及矿产资源远景评价提供了背景资料,对"Y"型多地震区的构造关系和发震机理研究具有重要指导意义.     

青藏高原东北缘、鄂尔多斯和华北唐山震区的地壳结构差异——深地震测深的结果

划分大陆活动地块的重要标志之一是它们在地壳结构间的差异。大陆不同地块具有不同的地壳结构特征。这些结构和构造上的不同反映了它们在地壳内部的变形特征和动力过程的差异。文中利用深地震宽角反射 /折射剖面的结果 ,讨论了青藏高原东北缘东昆仑巴颜喀拉地块、鄂尔多斯地块和华北地块唐山震区地壳结构的差异。它们分别是变形强烈的活动地块、内部变形小相对稳定的地块和现代发生过强震的活动地块。在地壳结构上它们之间的差别是明显的。这些差异表现在地壳的分层性质、上地壳和下地壳的结构、地壳结构的不均匀尺度、壳 /幔分界的性质、壳内低速层的分布、地壳界面、特别是莫霍面的构造形态等方面     

青藏高原东缘的地壳流及动力过程

黏滞性地壳流对地壳及上地幔变形作用及动力机制,是大陆新生代造山带的一个重要研究内容.青藏高原中下地壳存在部分熔融或含水物质的黏滞性流体,已为一系列地球物理及岩石学研究所证实.为研究青藏高原东缘地壳流的动力作用,本文用密集的被动源宽频带地震台的观测数据,反演了地壳上地幔精细速度结构和泊松比.研究表明,川西及滇西北高原的中地壳内普遍存在低速层,而高泊松比的地壳只分布在川西北地区.位于中地壳的黏滞性地壳流从青藏高原腹地羌塘高原流出,自北西向南东流入青藏高原东缘.这些黏滞性地壳流带动了上地壳块体水平移动,当它们受到刚强的四川盆地及华南地块阻挡时将发生分层作用,地壳流将分为二或更多分支不同方向的分流,向上的一支地壳流将对上地壳产生挤压,引起地面隆升,向下的一支地壳流将使莫霍面下沉加厚下地壳·黏滞性地壳流的运动在地壳中产生应变破裂发生强烈地震活动,地震的空间分布与震源机制也受到地壳流动力作用控制.     

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。     

利用背景噪声成像研究合肥-金华剖面地壳速度结构及径向各向异性的东西差异

背景噪声成像能够为地壳内部结构提供地震波速的观测证据,能够增进对地壳结构与物性的认识.本文利用背景噪声成像方法对合肥-金华流动地震台阵55个台站数据进行了分析反演,获得了华北克拉通与华南块体东部构造边界附近区域的地壳S波速度与径向各向异性结构.成像结果表明,以东经118°-118.5°附近为界,西北部表现为地壳低速异常和中下地壳正的径向各向异性,东南部表现为地壳高速异常,下部地壳存在负的径向各向异性.由此,本文推测地震波速结构差异反映了地壳内部物质与温度的差异,这种差异与两个地区自中生代晚期以来经历了截然不同的岩浆活动相关.     

南北地震带岩石圈S波速度结构面波层析成像

本文利用天然地震面波记录和层析成像方法,研究了南北地震带及邻近区域的岩石圈S波速度结构和各向异性特征.结果表明南北地震带的东边界不但是地壳厚度剧变带,也是地壳速度的显著分界.其西侧中下地壳的S波速度显著低于东侧,强震大多发生在低速区内部和边界.青藏高原东缘中下地壳速度显著低于正常大陆地壳,在松潘甘孜地块和川滇地块西部大约25～45 km深度存在壳内低速层;这些低速特征与高原主体的低速区相连,有利于下地壳物质的侧向流动.地壳的各向异性图像与下地壳流动模式相符,即下地壳物质绕喜马拉雅东构造结运动,东向的运动遇到扬子坚硬地壳阻挡而变为向南和向北东的运动.面波层析成像结果支持青藏高原地壳运动的下地壳流动模型.南北地震带的岩石圈厚度与其东侧的扬子和鄂尔多斯地块相似但速度较低.川滇西部地块上地幔顶部(莫霍面至88 km左右)异常低速;松潘甘孜地块上地幔盖层中有低速夹层(约90～130 km深度).岩石圈上地幔的速度分布图像与地壳显著不同,在高原主体与川滇之间存在北北东向高速带,可能会阻挡地幔物质的东向运动.上地幔各向异性较弱且与地壳的分布图像显然不同.因此青藏高原岩石圈地幔的构造运动具有与地壳不同的模式,软弱的下地壳提供了壳幔运动解耦的条件.     

三河-平谷8.0级地震区地壳结构和活动断裂研究——利用单次覆盖深反射和浅层地震剖面

跨1679年三河-平谷8.0级地震区完成的单次覆盖深地震反射剖面和浅层地震反射剖面,揭示了三河-平谷地震区的地壳结构和断裂的深、浅构造特征.结果表明,该区地壳以TWT6～7 s左右的强反射带为界分为上地壳和下地壳,上地壳厚约18～21 km,下地壳厚约13～15 km.剖面揭示的地壳深断裂和浅部活动断裂具有上下一致的对...     

S-wave crustal and upper mantle’s velocity structure in the eastern Tibetan Plateau — Deep environment of lower crustal flow

A teleseismic profile consisting of 26 stations was deployed along 30°N latitude in the eastern Tibetan Plateau. By use of the inversion of P-wave receiver function, the S-wave velocity structures at depth from surface to 80 km beneath the profile have been determined. The inversion results reveal that there is significant lateral variation of the crustal structure between the tectonic blocks on the profile. From Linzhi north of the eastern Himalayan Syntaxis, the crust is gradually thickened in NE direction; the crustal thickness reaches to the maximum value (∼72 km) at the Bangong-Nujiang suture, and then decreased to 65 km in the Qiangtang block, to 57–64 km in the Bayan Har block, and to 40–45 km in the Sichuan Basin. The eastern segment of the teleseismic profile (to the east of Batang) coincides geographically with the Zhubalong-Zizhong deep seismic sounding profile carried out in 2000, and the S-wave velocity structure determined from receiver functions is consistent with the P-wave velocity structure obtained by deep seismic sounding in respect of the depths of Moho and major crustal interfaces. In the Qiangtang and the Bayan Har blocks, the lower velocity layer is widespread in the lower crust (at depth of 30–60 km) along the profile, while there is a normal velocity distribution in lower crust in the Sichuan Basin. On an average, the crustal velocity ratio (Poisson ratio) in tectonic blocks on the profile is 1.73 (σ = 0.247) in the Lhasa block, 1.78 (σ = 0.269) in the Banggong-Nujiang suture, 1.80 (σ = 0.275) in the Qiangtang block, 1.86 (σ = 0.294) in the Bayan Har blocks, and 1.77 (σ = 0.265) in the Yangtze block, respectively. The Qiangtang and the Bayan Har blocks are characterized by lower S-wave velocity anomaly in lower crust, complicated Moho transition, and higher crustal Poisson ratio, indicating that there is a hot and weak medium in lower crust. These are considered as the deep environment of lower crustal flow in the eastern Tibetan Plateau. Flowage of the ductile material in lower crust may be attributable to the variation of the gravitational potential energy in upper crust from higher on the plateau to lower off plateau. Supported by the National Natural Science Foundation of China (Grants No. 40334041 and 40774037) and the International Cooperation Program of the Ministry of Science and Technology of China (Grant No. 2003DF000011)