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.     

班公—怒江构造带的电性结构特征——大地电磁探测结果

对青藏高原过班公—怒江构造带的三条大地电磁剖面进行探测,获得班公—怒江构造带及其邻区的电性结构模型,研究了班公—怒江构造带的深部结构与构造特征.研究结果表明：构造带及其两侧上地壳内广泛分布不连续高阻体,反映了岩浆岩的空间分布特征,表明构造带南北两侧岩浆的活动规律可能存在较大差别.研究区内的冈底斯及羌塘地体的中、下地壳普遍发育高导层,反映了印度大陆碰撞、俯冲过程的效应与痕迹,而高导层之下的高阻块体则可能是向北俯冲、冷的、刚性的印度大陆地壳.羌塘地体的电性结构模型可以分为南北两个区段,南羌塘块体的壳内高导层与班公—怒江构造带对印度板块俯冲的阻挡作用有关;而北羌塘块体壳内高导层与亚洲大陆对印度板块向北俯冲的“阻挡”与向南“对冲”有关.印度板块向北的俯冲与挤入,受到班公—怒江构造带及亚洲板块的阻挡,可能没有越过班公—怒江构造带,并在班公—怒江构造带附近向下插入软流圈,导致幔源物质上涌,形成壳、幔热交换与物质交换的通道和规模巨大、延伸至上地幔的高导体.班公—怒江构造带的电性结构证明了该构造带是一组产状陡立、巨型的超壳深断裂带.     

中国东部海域及邻区岩石层地幔的P波速度结构与构造分析

利用中国大陆东部及台湾地区、日本和琉球群岛的地震观测数据，通过体波地震层析技术反演了中国东部海域及其邻近地区的P波速度结构.以此为依据分析了不同地区的岩石层性质和深部动力学条件，探讨了中朝与扬子块体、扬子与华夏块体在海区的深部边界及其构造属性，揭示出菲律宾海板块与欧亚大陆的碰撞以及板片俯冲下沉、弧后扩张作用对中国东部海域岩石层结构的影响.结果表明，中国东部海域的岩石层地幔存在明显的横向非均匀性，它们与区域构造的形成演化有一定的联系.中国大陆东部的五莲－青岛断裂与朝鲜半岛西缘断裂、济州岛南缘断裂共同构成中朝和扬子块体的边界，江绍断裂向东延伸至朝鲜半岛南端成为分隔扬子和华夏块体的边界；东海陆架与冲绳海槽的岩石层结构差异明显，东海陆架具有中国东部地区的岩石层特征，属于欧亚大陆向海域的延伸；冲绳海槽的岩石层强烈减薄，为大陆向大洋过渡的区域；沿着日本－琉球－台湾俯冲带，菲律宾海板块俯冲下沉引起的地幔扰动对中国东部海域产生了较大的影响，欧亚大陆与菲律宾海板块之间的相互碰撞导致台湾地区岩石层明显增厚.     

中国边缘海岩石层结构研究

本文以中国边缘海——东海与南海为研究对象，在体波与面波数据层析成像结果基础上，结合重磁及莫霍深度反演结果，对中国边缘海的地壳分布特点、岩石层结构进行了研究．同时对东海从陆区一直到琉球岛弧的地壳变化进行了总结与讨论，并提交了层析成像与位场反演的结果．认为中国东海地区的重力场具有“东西分带”的特点源于深部结构，而冲绳海槽盆地的形成应与大洋板块的俯冲后撤作用有密切关系．同时认为，菲律宾岛弧具有较特殊的结构，莫霍面下凹，上地幔顶部有较低速度的片状体存在，根据判断，南海与太平洋板块沿菲律宾岛弧在这里呈现出对冲的特点。     

青藏高原及邻区壳幔速度结构及面波方位各向异性

青藏高原是印度板块向欧亚板块碰撞俯冲的产物,其地壳上地幔结构复杂,深部结构是青藏高原隆升动力学机制研究的基础和关键。在近期的青藏高原地球动力学研究中,壳幔变形和耦合的问题是当前研究的热点之一。本文试图利用青藏高原及其周边的宽频带数字记录做Rayleigh面波的层析成像,以获得青藏高原及邻区从地壳到岩石圈地幔的群速度和方位各     

大别造山带地壳结构反演及其动力学意义

大别造山带是全球最大的碰撞造山带之一,三叠纪时期,扬子板块深俯冲至地幔的200km处,经历了超高压变质作用。白垩纪早期,该造山带发生了强烈的伸展和垮塌,以及大规模的后造山地幔源岩浆侵入和火山活动。本研究收集了大别造山带及其邻区(29°~34°N、114°~119°E)的震相资料,采用双差层析成像技术,对大别造山带地壳结构进行反演,研究地壳结构与后造山地幔源岩浆侵入和火山活动之间的关系。结果显示,大别造山带中上地壳存在低速结构,该低速结构可能是熔融的幔源侵入物质,由于俯冲板片断裂,或下地壳/岩石圈发生拆沉,导致软流圈物质上涌至地壳底部、侵入地壳中,形成大别造山带地壳中的低速结构;同时,合肥盆地显示为低速区,可能是受浅部沉积层影响。研究中横切大别山的4条剖面显示,该地区下方存在北向倾斜高速结构,该高速结构可能是襄樊-广济断层,或者是扬子板块向华北板块下方俯冲的遗迹。     

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.     

青藏高原东北部多尺度重力场及其地球动力学意义

由于受到SN和EW双向挤压作用的综合影响,处于年轻高原与古老地块交接区的青藏高原东北部岩石圈强烈变形,构造活动十分活跃.为了整体性地了解青藏高原东北部重力场和深部动力学机制,本文基于EGM2008全球重力场模型数据,利用小波多尺度分析获得不同尺度的重力异常信息;同时反演了研究区的地壳厚度;通过构建穿越龙门山造山带和西秦岭造山带两条剖面的岩石圈密度结构模型,分析了地壳上地幔内不同介质的分布特征.研究结果表明,青藏高原东北部岩石圈显示十分复杂的塑性体的特征,其重力异常走向多以EW或SSE为主,反映了高原岩石圈物质向东运移的趋势;地壳厚度由西向东逐渐减薄,边缘造山带深部并没有发现"山根"痕迹,结合该地区低重力的特征,推测西秦岭—松潘构造结岩石圈发生过大规模地幔流底侵作用;地幔流上涌的动力可能来源于印度板块向欧亚大陆板块俯冲,激发了地幔流体侧向移动,在扬子地台和华北地台附近受到坚硬岩石圈的阻挡而被迫上移,并因此造成龙门山与西秦岭的隆升.     

青藏高原上地幔速度结构及其动力学性质

利用地震层析成像结果分析了中国西部地区的上地幔速度结构,发现青藏高原北部至东南边缘上地幔顶部速度普遍偏低;随着深度的增加,低速区主要分布在羌塘、松潘—甘孜和云南西部地区,而印度大陆、塔里木、柴达木、鄂尔多斯和四川盆地均显示出较高的速度.上述速度分布与青藏高原及周边地区的岩石层结构和深部动力性质密切相关:其中羌塘地区的低速异常反映了青藏北部的地幔上涌和局部熔融,起因于印度大陆岩石层的向北俯冲;松潘—甘孜地区的低速异常与青藏东部的深层物质流动及四川盆地刚性岩石层的阻挡有关;而滇西地区的低速异常可能受到印缅块体向东俯冲作用的影响.以上三个区域构成青藏高原和周边地区的主要地幔异常区.相比之下,印度大陆、塔里木、柴达木、鄂尔多斯和四川盆地的高速异常反映了大陆构造稳定地区的岩石层地幔特点.根据速度变化推测,地幔上涌和韧性变形并非贯穿整个青藏高原,而是主要集中在羌塘、松潘—甘孜和滇西地区,上述构造效应不仅导致岩石层厚度减薄且引发了火山和岩浆活动.     

关于黄海深部构造的地球物理认识

利用黄海海区重磁观测数据,以最新的地震层析成像和浅层反射地震探测结果作为约束,并利用小波分解、纹理特征图像处理等手段,对研究区进行了地球物理场特征分析、岩石物性总结、断裂信息提取和磁性基底埋深反演计算,同时对南黄海海域三条剖面进行了广义逆重磁数据拟合反演和地震P波速度成像.根据地球物理数据的各种处理结果,提出在南黄海西部存在一条串珠状地球物理线性构造带,并将这条NNW向断续延伸的构造带称之为南黄海西缘断裂带.该断裂带延伸长,断裂两侧前新生代地层差异较大,有可能是造成陆区和南黄海南部盆地区前新生代油气远景差异的原因之一.文中得到南黄海磁性基底埋藏分布具有“中间浅四周深”的分布特征,与地震层析成像结果相吻合.磁性基底的局部起伏和局部构造的边界断层共同控制了前新生代残留盆地的格架和残余厚度分布,反映出“区域控制局部,深层约束浅层”的规律.     

中国东部海域断裂构造格架与地震活动研究

渤海、黄海和东海等中国东部海域在地质构造上是大陆向海的自然延伸，海域内的构造方向与大陆一致，均为NNE-NE向，但属于不同的二级大地构造单元，渤海和北黄海属于华北地块，南黄海属于扬子地块，东海属于华南地块。由于各地块与现今活动板块边界位置不同，构造与地震活动性差异较大，渤海和北黄海地区地震活动主要受印度板块与欧亚板块碰撞形成的东喜马拉雅构造节远场效应影响，地震活动强烈；南黄海地区以中强地震活动为主；东海地区地震活动主要受菲律宾海板块与欧亚板块碰撞形成的琉球俯冲带影响。冲绳海槽是正在形成的（活动的）边缘海盆地，不仅有浅源地震，且有中源地震活动。东海陆架盆地由于受冲绳海槽扩张的影响，停止发育，构造与地震活动相对较弱。     

黄海的地壳速度结构与中朝—扬子块体拼合边界

利用中国、韩国和ISC台站的地震走时数据反演了黄海地区的地壳P波速度结构,对比重力异常和断裂体系、Pn波速度及其各向异性,分析了不同地球物理异常的相互关系以及黄海东部和西部的结构差异,为厘定黄海东部断裂暨中朝—扬子块体的拼合边界提供了新的信息.反演结果表明,北黄海和南黄海西部具有沉积盆地的地壳结构特征,P波速度明显偏低且深度较大,说明盆地内部沉积层较厚、沉降幅度较大,以北黄海、南黄海海州湾和苏北—南黄盆地最为突出.南黄海中部、胶东半岛、辽东半岛和朝鲜半岛显示出构造隆起区的地壳速度特征,其中南黄海中部的高速异常具有北东方向的伸展痕迹,与胶东地区的区域构造走向趋于一致,但是与朝鲜半岛的高速异常并不相连,其间存在明显的分界.据此推测南黄海与朝鲜半岛之间可能存在一个近南北方向的深断裂——黄海东部断裂,至于该断裂是否可以作为中朝—扬子块体在海区的拼合边界,尚需获取黄海东部及朝鲜半岛更详细的相关资料提供依据.     

黄海及其邻区深部结构特点与地质演化

根据黄海及其周边地区的布格重力资料，通过多种方法处理，得到有关断裂的信息并求取了研究区的地壳厚度分布. 经过与地震层析成像结果、地质资料的对比和综合分析，认为朝鲜半岛西缘断裂带和济州岛南缘断裂带均为深大断裂，断裂带的两侧速度结构存在较大差异. 推断朝鲜半岛和南黄海分别属于不同的地质单元. 根据对岩石层结构的综合分析，认为中朝与扬子块体在黄海海域的接触关系是扬子块体推覆于中朝块体之上. 从目前的地震层析成像、重力异常、地壳厚度分布等结果来看，还不足以判断扬子与华南块体结合带在黄海海域中的准确位置.     

东海及其邻域壳－幔结构与展布特征

莫霍面是地壳和上地幔的分界面，是个重要的密度界面，东海莫霍面的展布特征，对于研究东海深部构造具有重要意义.利用最新重力异常数据反演莫霍面深度，结合前人的莫霍面深度结果，分析东海及其邻域的壳－幔结构与展布特征.从莫霍面深度图可见东海及其邻域莫霍面起伏变化很大，深度在12～34 km之间变化，东海及其邻域地壳厚度为6～34km，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，琉球岛弧处地壳厚度明显再度增加，莫霍面呈现两凹两凸形态，认为东海及其邻域地壳自西而东从陆壳－过渡壳－洋壳逐渐过渡的.     

环渤海地区Pn波速度结构与各向异性

环渤海地区位于华北克拉通的中东部,是岩石圈破坏和减薄的主要地区,同时也是我国大陆东部强震的多发区和油气田产区,一直是国内外学者研究的重点区域.本研究利用环渤海地区1980—2015年期间中国地震台网高质量Pn波到时数据,反演得到环渤海地区Pn波速度结构及各向异性.结果显示,环渤海地区上地幔顶部的Pn波速度结构存在明显的横向不均匀性,且与区域地质构造有一定相关性.在地形隆起区,如太行山隆起、燕山隆起、鲁西隆起、胶辽隆起及苏鲁褶皱带地区,呈现为低波速异常,说明这些隆起区下方的上地幔存在热物质上涌,而凹陷地区,如华北盆地、南黄海北部盆地和南黄海南部盆地,则表现为高波速异常,说明这些凹陷地区上地幔顶部岩石圈强度较大.地壳内强震主要发生于低波速异常区和高低波速异常过渡带上,说明华北地区地壳强震的发生有可能受到上地幔深部构造的影响.太行山造山带地区Pn波各向异性快波方向为近NNE向,苏鲁褶皱带区域的Pn波各向异性快波方向为近NE向,与断裂带的走向基本一致,表明在地壳形变剧烈的地区,可能受上地幔顶部的深部动力学影响较大.华北盆地的北部和南部各向异性方向存在差异,可能与岩石圈的厚度及热状态的不均匀性有关.     

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.     

银川地堑地壳挤压应力场:深地震反射剖面

银川地堑位于南北地震带北段,地质结构复杂,活动构造发育.为了调查银川地堑的构造特征及断裂分布情况,布设了NW向跨银川地堑的深地震反射剖面,首次获得银川地堑地壳的精细结构.结果表明,银川地堑具有典型的拉张-挤压型沉积盆地特征,上地壳反射连续性好,层位丰富,能量强,断裂发育.下地壳和莫霍面记录了挤压与拉张的发展过程.奠霍面...     

环渤海地区的地震层析成像与地壳上地幔结构

利用环渤海地区的天然地震P波到时资料，采用纬度和经度方向分别为05°×06°的网格划分，反演了该地区地壳上地幔的三维P波速度结构.初步结果表明，环渤海地区地壳上地幔的速度结构具有明显的横向不均匀性：京津唐地区地壳中上部的速度异常反映了浅表层的地质构造特征，造山带和隆起区对应于高速异常，坳陷区和沉积盆地对应于低速异常；地壳下部出现大规模的低速异常与华北地区广泛存在的高导层相对应，估计与壳内的滑脱层和局部熔融、岩浆活动有关；莫霍面附近的速度异常反映了地壳厚度的变化及壳幔边界附近热状态的差异；上地幔顶部大范围的低速异常可能是上地幔软流层热物质大规模上涌所致.