南北构造带及邻域地壳、岩石层速度结构特征研究

本文利用重力数据采用Parker-Oldenburg方法反演了南北构造带及邻域地区的地壳厚度,同时采用体波地震层析成像方法反演了研究区的地壳至上地幔的三维速度结构.根据计算结果对研究区的地壳及岩石层结构进行了探讨,力图揭示南北构造带及邻域地壳、岩石层变形特征,并且对青藏高原边缘活动带壳幔构造演化的深部成因、研究区的上地幔流变性及其动力学意义进行了相应的讨论.通过分析研究表明南北构造带地区为地壳厚度剧变区,西侧为地壳增厚区,东侧的鄂尔多斯、四川盆地为地壳稳定区,而再向东为地壳逐渐减薄区.中国岩石层减薄与增厚的边界基本被限定在大兴安岭—太行山—秦岭—大巴山—武陵山一带,这也是东部陆缘带和中部扬子、鄂尔多斯克拉通地区深部构造边界的分界线,其两侧不仅浅层地质构造存在较大的差异,上地幔深部的物性状态和热活动也明显不同,这说明研究区的岩石层和软流层结构以及深部物质的分布存在横向非均匀性.中部地区和青藏高原深部构造边界的分界线位于东经100°—102°左右.     

中国数字地震台网的接收函数及其非线性反演

利用中国数字台网（CDSN）记录的85个远震事件的宽频带P波波形数据和分离接收函数的最大或然性反褶方法,获得了CDSN台网10个台站不同方位的岩石层接收函数.利用这些台站不同方位的平均接收函数和非线性接收函数反演方法,获得了上述各台站下方100km深度范围内的岩石层S波速度结构.结果表明CDSN台网各台站下方的地壳厚度和岩石层速度结构存在明显的差别.其中,拉萨台下方的地壳厚度为66kin,壳幔界面较模糊,而余山台下方的地壳厚度为34km,壳慢界面两侧速度反差明显.刮用本文方法估计的地壳厚度与已有的结果基本一致,由于CDSN台网覆盖了中国大陆的各主要构造单元,本文的结果为研究中国大陆的岩石层S波速度结构及其横向变化提供了新的证据.     

南海岩石层及边界构造的地球物理特征

南海经历了中生代主动大陆边缘到新生代被动大陆边缘的转换,其岩石层地球物理场具有明显的块、带特征.本文通过综合分析南海地区深地震探测、面波层析成像、重磁异常以及地热与岩石层流变学等各种地质地球物理资料,对南海地壳及岩石层的综合地球物理特征进行了深入总结,发现深地震探测剖面所确定的洋、陆壳转换位置与空间重力异常梯级带位置较为一致,据此拟定了南海洋、陆壳的转换边界;依据多条地壳结构剖面中拉张减薄的程度确定了正常减薄陆壳、洋陆壳过渡带及洋壳等属性特征,并初步圈定了南海下地壳高速层的分布范围.对比分析了南、北陆缘地壳结构及其拉张减薄的变化特征,从综合地球物理特征的相似性上推测了北部陆缘的中西沙陆块与南部陆缘的南沙礼乐滩陆块具有共轭对称性.依据S波速度梯度变化确定了南海岩石层厚度分布情况,揭示出南海北部陆缘存在一条岩石层厚度的减薄带,且该减薄带与高热流带具有较好的一致性.在综合分析的基础上,以深地震探测剖面与重、磁异常变化的对应性为基础,划定了南海边界构造的位置.     

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.     

造山带岩石层多向层架构造及其对新生代岩浆活动制约──以三江及邻区为例

综合滇川西部特提斯带现今地表构造格局、地壳和上地幔三维速度图像再解释,提出造山带各圈层间,上地壳、中下地壳、岩石层地幔、软流层地幔的构造是一种多向层架构造,上地壳与中下地壳间是一个区域性构造滑脱面．岩石层地幔是一个不易变形的刚性体,常保留老的构造框架．软流层表现为易变层,是变形启动区,反映 “新”构造．研究区陆内新生代岩浆活动的空间分布,主要受扬子地块西缘存在的近南北向－北北东向软流层上涌体及其热熔体上侵地壳底部所形成的壳幔混合层和区域性构造（包括断裂）交叉转折（转换）部位的制约．     

中国中南地区综合地质地球物理研究

利用重、磁和天然地震资料对中南地区进行了综合地质地球物理研究.根据研究区的重、磁异常的分布特征,可将其分为4个重力异常区、3个航磁异常区.根据重力资料反演计算得到的研究区的地壳厚度在295～41 km之间,总的趋势为西厚东薄,地壳厚度与地形起伏基本上呈镜像关系.根据磁力资料计算得到的研究区居里界面在12～40 km之间变化.地震层析成像结果表明研究区内的速度分布总体上体现了纵横交错的断块特征.在纵向尺度上,江汉－洞庭盆地以及周缘造山带的上地壳结构变化不大,中地壳和下地壳则普遍受到现今构造活动的改造,以致岩石的结构发生了一定的变化.它们主要表现为低速区域的扩大,尤其是在地壳下部尤为突出,这与断陷盆地的拉张以及造山带岩石层的底侵和拆沉作用密切相关.通过对研究区地球物理场的分析计算,在研究区共提取主要断裂带34条.根据岩石层板块大地构造理论,依据岩石层结构、地壳结构和结晶基底等深部结构的不同,将研究区中板内不同构造单元——块体作为一级构造单元,块体之间的深大断裂带作为块体的边界——块体结合带,据此原则在研究区中划分出两个一级构造单元,五个二级构造单元.     

鄂霍次克海岩石层的地热演化模式

一、引言大陆裂谷与外地台造山运动带是地球稳定区活动的证据.可以通过两种方法来调查这种活动性.一种是在地质、地球物理数据的基础上建立岩石层活动的时间序列,另一种则是提出活动区内岩石层演化的数学模式. Gliko和Grachev(1987)已经开展了对喷发岩中地壳与地幔物质捕掳体成分的时间演化分析,同时鉴别出了岩浆演化的后几个阶段.岩浆生成大约在深度100km左右,在其活动的初期,     

中国东部大陆岩石层壳──幔结构比值R与动力学特征

根据前人和作者最新深部地球物理探测研究成果，完成了中国东部大陆（１０５°Ｅ以东）１°×１°壳－幔结构比值Ｒ（Ｒ＝Ｃ／Ｌ，Ｃ为地壳厚度，Ｌ为岩石层厚度）分布图的编绘．研究了Ｒ值分布与东部大陆岩石层分块、大地构造形态特征；Ｒ值分布与东部大陆地震活动的非均匀性特征；Ｒ值分布的动力学内涵．结果表明：１．Ｒ值等值线特征反映了岩石层块体划分、大地构造形态，Ｒ值特征与岩石层块体划分、大地构造形态有其深部成因上的联系；２．高Ｒ值区对应地震高活动区，因而Ｒ值可作为地震区划、地震危险性评定的定量指标，Ｒ值是地震活动的动力因子．     

青藏高原地壳密度变形带及构造分区

将区域重力场多尺度刻痕分析用于提取青藏高原地壳变形带的信息,可了解高原内地壳变形带从浅到深的变化和平面分布特征,并对青藏高原主要地体的空间分布定位,为岩石圈研究提供地表地质难以取得的新信息.多尺度脊形化系数的图像刻划不同深度平面上的地壳变形带.青藏高原地壳变形带从上到下由细密逐渐变为粗稀型,而且细密型变形区分布的范围逐渐缩小,到下地壳完全消失.从这种情况可以推测,以垂直地面方向上看,地壳变形带应该是树形的,下地壳粗稀型的变形带为树的主干,而中地壳粗稀型的变形带为树的分枝,上地壳的变形带为树枝的小枝杈.上地壳细密型变形分布区反映了与中新生代地壳缩短变形区的范围,下地壳清晰连续的变形带反映了青藏高原的构造骨架.多尺度边界刻痕系数的图像刻画不同深度平面上的地体边界,下地壳的刻痕边界系数与密度剧烈变化带位置吻合;因此,由多尺度刻痕分析划分地体时同时取得地体密度信息.青藏高原内密度较高的地体包括喜马拉雅地体、克什米亚地体、察隅河地体、柴达木地体、巴颜喀拉地体和羌塘地体.柴达木地体、巴颜喀拉地体和羌塘地体是青藏高原中有壳根的核,而密度最高的克什米亚和察隅河地体在大陆碰撞时不易碎裂,对东西两个构造结的形成起了关键作用.     

沿欧洲地学断面的深部温度和岩石层的厚度

沿欧洲地学断面(EGT)24个地域的地壳、土地慢的一维德态热传导模型揭示出年轻的地质区下方,其温度较高,在Moho面为450°一825℃.地慢热流值的范围为18一72mw/m~(2),根据地震波速度和放射性元素的相关性估算,地壳热流密度的基值占地表热流密度的48%左右.Moho以下的温度梯度(约5-23mK/m)低,相应的地表热流密度达到最小值.地温达到地慢熔融温度的0.85的深度在前寒武纪和加里东期区域较大,在早元古代斯堪的纳维亚地盾下为最大,约195 km.在海西期和阿尔卑斯期的地域,该深度普通较浅,较深的值(最大150km)与sardinia和Corsica的造山带和大陆块一致,在Ligurian海和Sardinian海峡下方,岩石层厚度明显地减少到约50km.全世界的岩石层厚度都受热流密度控制,随着岩石层一软流层深度的增加而热流密度按幕定律减小.     

大陆深俯冲过程中的熔/流体成分与地球化学分异

板块俯冲是地球内部系统最为宏伟的地质过程,是实现地球表面-内部物质和能量交换、大陆地壳生长以及壳/幔相互作用的重要场所,广泛深刻地影响着地壳的增生与消亡、火山和地震活动、地球表层物质循环、矿产资源分布、大陆造山运动、大陆的聚合及裂解等与人类生活息息相关的地质过程,因此一直是固体地球科学研究所关注的热点.20世纪80年代中期关于大陆地壳能够俯冲进入地幔深度并大部分折返地表的发现,是俯冲带研究和板块构造理论的革命性进展.相较于俯冲洋壳,大陆地壳具有较冷、较干、较轻的特点,同时,俯冲陆壳与地幔相比具有更加不均一的性质和化学成分以及同位素组成,因此在局部而言会对上覆大陆岩石圈和大陆板块汇聚边界的结构、组成、变形和演化进程造成巨大影响.在大陆俯冲过程中,拆离的地壳碎块和岩片在俯冲隧道内受到构造剪切,促使其经历变质脱水和部分熔融,产生各种流体和熔体.这些熔/流体的产生和演化在俯冲带壳/幔相互作用过程中扮演着非常重要的角色,是俯冲过程中发生元素迁移、同位素分馏以及交代上覆地幔楔的不可或缺的介质.本文综合国际上近年来有关俯冲带研究的最新进展,总结了有关俯冲带流体和熔体的类型、存在条件、化学组成、熔体/流体-地幔相互作用的特点,同时对于与大陆俯冲带流体相关的特征性元素(Nb-Ta-V)迁移和最新的非传统稳定同位素(Li-Mg)研究进行了系统介绍,期望为中国读者较全面地认识板块俯冲过程中的熔/流体活动和元素迁移以及了解并运用Li和Mg同位素作为新兴的示踪手段提供一定帮助.     

中国大陆震源机制深度变化反映的地壳-地幔流变特征

大陆岩石层流变性质是一个重要而又没有完善解决的问题：既存在支持Moho面附近为强地幔-流动弱地壳模式的实验和观测事实，也存在支持流动弱地幔-强地壳模式的观测事实. 本文利用哈佛震源机制矩张量解及有关震源深度资料，对我国震源机制随深度的变化进行分析，发现虽然表浅地震震源机制主应力轴倾角接近水平或竖直，但中、下地壳和上地幔震源机制主应力轴倾角则多样化. 这与某些存在柔性下地壳软弱层地区具有孕震层下缘震源机制主应力轴也接近水平或竖直的特征明显不同. 它可能表明上述两种壳-幔流变模式在我国均存在，对我国岩石层流变性质还需要分区进行更细致的多方面研究.     

中国大陆及邻区岩石圈三维流变结构

依据地震波速得到的上地幔温度和气象台站记录的地表温度为约束,结合地表热流和热导率观测数据,利用有限元方法计算了中国大陆及邻区岩石圈三维热结构.基于此温度结果和GPS观测得到的应变率数据,以滑动摩擦、脆性破裂和蠕变三种强度机制为约束,计算得到了中国大陆及邻区岩石圈三维流变结构.结果显示:弱强度和低等效黏滞性系数的下地壳在中国大陆及邻区普遍存在,并且下地壳的流变强度和等效黏滞性系数比上地壳和岩石圈地幔一般要低1~2个数量级;中国大陆范围内青藏高原存在着厚度最大、强度最低的下地壳;青藏高原的岩石圈强度和等效黏滞性系数比华北、华南和印度板块的都要低;岩石圈流变结构的横向分布特征与重力梯度带和地形过渡带比较一致.     

地壳介质的流变性与孕震模型

在分析归纳中国大陆地区地震震源深度分布特征的基础上 ,着重分析了地壳介质的物理性质 ,特别是地壳介质的流变特征 ,进而探讨了震源深度分布的物理解释和孕震环境。文中应用中国陆区地热研究中的有关成果 ,推导了中国东、西部地区壳内脆韧性转换带的深度 ,给出东部地区壳内脆韧性转换带深度为 2 0～ 2 5km ,西部地区为 35～ 4 5km ,这一结果显示出壳内脆韧性转换带与我国东、西部震源深度的下界面基本一致 ,且中国大陆地震的深度大体上终止于壳内脆韧性转换带。从而表明 ,壳内脆韧性转换带有可能是控制大陆地震震源深度分布的主要原因。在这些研究的基础上 ,建立了大陆强震的震源模型 ,讨论了大陆地震的孕震过程和有关机理问题     

大陆岩石层对侧向推挤及底部拖曳作用的力学响应

随着板块构造研究的进展和大陆动力学研究的深入,岩石层层间耦合作用越来越被地学界所关注.在真实流变分层结构条件下,大陆岩石层的层间耦合及其在大陆动力学中所起的作用是人们非常关注的问题.目前人们已经用流变分层的观点定性地解释了地震活动和地壳的拆层、拉伸、断裂等构造运动.     

东秦岭造山带的流变学及动力学分析

通过地质、地球物理和地球化学资料分析,建立了东秦岭地学断面带地壳二维深度-强度剖面,揭示了该造山带的地壳结构和流变学分层性．脆性的上地壳南薄北厚;中、下地壳包括莫霍面呈现水平流变状态,南端蠕变特征更明显;上地幔流变强度较大其地壳类型是栾川以南为H型地壳,构成中、新生代造山带的核部,具有伸展构造和走滑构造的特征,栾川以北为C型地壳,中、新生代的大陆汇聚带．东秦岭地学断面带整体上看为C-H型地壳,反映了后造山期陆内造山的构造特征．地壳物质为长英质-石英闪长质壳内软层具有低速、高热、强网状反射和低强度蠕变的地球物理特征,是后造山期经过调整的水平流变层.     

欧洲岩石层三维密度模型(Ⅰ)

本文由两部分组成.第一部分在地震资料基础上研究建立大陆壳三维密度模型的基本原理,论证用五层模型近似复杂地壳构造的合理性.该模型相当可靠,因为它具备足够的地壳地震信息,地质内容充实,而且易于描述和输入.原苏联欧洲南部地区(高加索和南里海地区例外)的三维模型表明,在沉积盖层和固结地壳中地震速度与密度之间存在着各种关系.本文的第二部分讨论在整个欧洲大陆建立地震密度模型的效果及结论.     

南海东北部及其邻近地区的Pn波速度结构与各向异性

利用中国地震台网和ISC台站1980～2004年的地震数据，反演了南海东北部及其邻近地区的Pn波速度结构和各向异性.上地幔顶部的速度变化揭示出区域地质构造的深部特征：华南地区速度较高并且变化平缓，具有构造稳定地区的岩石层地幔特征；华南沿海尤其是滨海断裂带附近出现低速异常，表明该断裂可能穿过壳幔边界深达上地幔顶部.南海北部至台湾海峡较高的速度与华南地区类似，反映出大陆边缘和陆架地区的岩石层地幔性质；西沙海槽附近较高的速度不仅反映了华南大陆向南的延伸，而且与海槽裂谷拉张引起的地幔上拱有关，整个南海北部没有发现大规模地幔热流的活动痕迹.相比之下，南海东部次海盆的上地幔顶部存在明显的低速异常，对应于海底扩张中心的地幔上涌区，表明岩石层地幔强烈减薄甚至缺失；台湾东部－吕宋－菲律宾北部的低速异常与地震、火山活动以及岩浆作用紧密相关，揭示了西太平洋岛弧俯冲带的活动特征；南海东北部的洋－陆边界清晰，南海东部和菲律宾海西部较高的速度代表了海洋岩石层地幔的性质.Pn波各向异性反映出区域性构造应力状态及岩石层地幔的变形痕迹：华南地区的各向异性较小，说明这一构造稳定地区的岩石层地幔变形程度较弱；南海北部的快波方向与地壳浅表层构造的伸展方向一致，主要反映了中、新生代以来的大陆边缘张裂和剪切作用对岩石层地幔结构的影响；琉球－台湾－吕宋岛弧两侧各向异性十分强烈，平行于海沟的快波方向表明菲律宾海板块和欧亚大陆的相互作用导致俯冲板块前缘的岩石层地幔强烈变形；台湾东南海域快波方向的变化可能与欧亚大陆和菲律宾海板块俯冲机制的转换以及岩石层被撕裂有关.     

青藏高原S波和泊松比的层析成像

本研究使用中国数字地震台网（CDSN）（2009—2016）走时数据开展青藏高原地壳地震波速度三维层析成像研究,获得分辨率达到1°×1°×20 km的青藏高原地壳S波三维速度结构和泊松比分布.结果表明,分布在可可西里和羌塘北部的高钾质和钾质火山岩带,其上地壳到下地壳都存在S波波速扰动负异常和高泊松比.说明第三纪青藏高原隆升过程中,由于大陆碰撞使三叠纪的东昆仑缝合带重新破裂,造成大量壳幔混合熔融物质上涌和火山喷发,进而揭示了青藏高原北部新生代火山岩的存在与青藏高原的形成和隆升密切相关;青藏高原新生代裂谷位于中下地壳S波速度扰动负异常带的两侧,裂谷带之下的中下地壳泊松比减小到0.22以下.裂谷带之下中下地壳的S波速异常分布和泊松比值可以推断青藏高原新生代裂谷深达中地壳底部,这个推论与密度扰动三维成像的相关结论一致.青藏高原S波速度和泊松比在下地壳至壳幔边界随深度产生急剧变化,说明地壳内部发生了大规模的层间拆离和水平剪切;青藏高原东构造结之下泊松比高达0.29~0.33,S波速度扰动为负异常,推断东构造结下方地壳主要由坚硬的蛇纹石化橄榄岩组成;青藏高原中下地壳S波速负异常区范围大面积扩大,地壳底部几乎被S波速低值区全部覆盖.下地壳S波异常分布特点可能反映下地壳管道流的影响.     

华北克拉通基底绿岩的岩石大地构造学研究

首先阐述了对早前寒武纪时期绿岩（变质火山-沉积建造）的岩石大地构造分类结合其它地质、地球物理和地球化学研究结果,通过基底动力边界各项标志的识别,新厘定了华北克拉通基底构造格架基底构造单元由大陆块壳和活动带组成大陆块壳是相对独立演化的地壳构造单元,这时的活动带是内克拉通性质的基底构造带研究表明,华北克拉通基底早前寒武纪时期不同阶段形成的大陆块壳有：阴山-冀北联合块壳、鲁冀辽联合块壳、辽东联合块壳、胶北块壳、皖北块壳、太华块壳、阜平块壳、临汾块壳和东胜-桑干联合块壳基底活动带有：大青山活动带、燕辽活动带、五台山活动带、中条山活动带、雁翎关活动带、夹皮沟活动带等认为绿岩是基底大地构造分区的重要物质标志,基底绿岩可以划分为伸展台地型绿岩和裂谷带型绿岩,后者发育于活动带前造山内克拉通裂谷盆地．华北克拉通基底地质特征显示,早前寒武纪时期构造动力学体制是内克拉通性质的。