基于体波有限频层析成像的青藏高原南部和中部下方印度大陆岩石层俯冲和撕裂的三维图像

使用TIBET-31N无源地震台阵以及以前临时地震台阵记录到的远震体波数据进行了有限频层析成像反演,对青藏高原南部及中部的三维速度结构成像。在喜马拉雅和拉萨地块下方存在向北倾角40°的高速体。我们把这些高速异常区域解释为俯冲的印度大陆岩石层(ICL)。印度大陆岩石层似乎在青藏高原中部比东部向北延伸更多——沿85°E在31°N到达350km深处,而沿91°E则是在30°N到达350km深度。P波和S波低速异常区在当惹雍错裂谷、亚东—谷露裂谷和错那裂谷下方从下地壳延伸至≥180km深度,这表明青藏高原南部的裂谷可能包含了整个岩石层的变形。当惹雍错裂谷下方的异常区向下延伸到约180km,而亚东—谷露裂谷西部和错那裂谷东部的异常延伸到了超过300km的深度。亚东—谷露裂谷西部的低速区上地幔延伸至最北,并且似乎与青藏高原中部下方广阔的上地幔低速区相连。于是,北向俯冲的印度板块沿着南北走向的裂缝撕裂。这些裂缝允许或者导致的软流层上涌同青藏高原北部上地幔相类似。     

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.     

川滇地区Lg波Q值层析成像研究

本研究联合使用川滇地区36个台站(云南区域数字台网中22个台站,四川区域数字地震台网中14个台站)记录的644个帆3.5～6.0地震共7468条波形数据,开展川滇地区Lg波Q值层析成像研究.研究中以2.8～3.6km/s的传播速度窗选取Lg波波段,采用平移窗方法计算Lg波垂直向观测位移谱.我们首先利用Lg波观测谱反演得到了研究区的平均QLg(f),通过棋盘测试方法确定将研究区划分为0.5°×0.5°的网格,用平均值QLg-1作为每个网格的初始值,分别反演了0.5Hz,1Hz,2Hz,5Hz等多个频率的QLg(f)分布.     

青藏高原“亚东—东巧—葫芦湖”大陆裂谷带形成的深层动力过程

正确理解亚东—东巧—葫芦湖构造带的形成与属性对深化认识青藏高原的地壳形变、物质运动的行为与轨迹和深层动力过程极为重要.通过较系统的多元要素分析和研究发现：（1）基于壳、幔结构的空间展布特征表明,这是一条在EW向拉张力系作用下的陆内裂谷带;（2）强烈地震的活动与发生、大地热流异常值展布和地幔对流应力场研究证明,它是一条现今活动的大陆裂谷带;（3）该裂谷带的形成与演化乃地球内部物质与能量强烈交换的产物.     

基于GPS应变与震源机制解应力反演喜马拉雅构造带现今地壳形变特征

喜马拉雅构造带及其临近区域是印度板块与欧亚大陆板块挤压碰撞的前缘地带.本文利用GPS实测速度场与震源机制解数据分别计算了研究区域现今地壳岩石圈表面的GPS应变场及岩石圈内部的主应力分布,研究了印度板块持续挤压作用下板块边界带地壳岩石圈现今地壳形变的空间分布特征.结果显示,南北向的剧烈挤压变形与东西向的拉伸变形是现今青藏高原南缘地壳岩石圈的主要变形特征.其中南北向的地壳挤压变形主要集中在主前缘冲断带与雅鲁藏布江缝合带之间.东西方向上,南北走向的亚东—谷露断裂是区域地壳东西向伸展变形的重要分界断裂.75°E是研究区域地壳形变的另一条显著不连续边界,其西侧地壳主压应变强度低、方向弥散且最大主压应力方向一致性较差,而东侧地壳主压应变方向与主压应力方向以及地壳水平运动速度场方向均具有较好的一致性.布格重力异常的小波多尺度辨析结果显示该分界带与循喜马拉雅西构造结楔入欧亚大陆的印度板块密切相关.     

东北地区地震波Q值非均匀成象的初步探讨

本文首先证明了远震面波,近震Lg波震级起算函数和地震波吸收特征时间t及地壳品质因数Q值之间具有一定的联系,从而可利用面波及Lg波振幅周期资料进行Q值成象。其次,作为实验,利用1481条地震面波射线资料反演了东北和华北交界某区域(北纬35°—44°,东经115°—124°)内地壳品质因数Q值的空间分布。初步看,结果具有一定的地球物理意义。最后,论述了应用Lg波资料反演松辽地台地壳品质因数Q值的必要性和可能性。     

华北地区Lg尾波衰减研究--Lg尾波Q0地震成像

利用单台记录叠加频谱比法测量出的华北地区560余条单台传播路径上平均Lg尾波Q0值数据（Q0是1Hz的Q值）,采用随机褶积模型和奇异值分解法,重建该地区地壳中Q0的横向变化.结果表明,华北地区地壳中Lg尾波Q0值分布具有显著的横向不均匀性,这种不均匀性与地质构造明显相关,块隆区具有较高的Q0值,例如,燕山造山带、太行山块隆、鲁西隆起;华北平原区表现为低Q0值分布,例如冀中坳陷、黄骅坳陷、济阳坳陷,二者界限分明.结合研究区内的大地热值分布研究表明,低Q0值区大都处于高热流区,这可能是地壳内热物质的活动有关.虽然华北地区Lg尾波Q0值高、低分区明显,但是,从总体上应该属于低Q0值异常区,也就是说,该区的地壳是高地震波衰减区,这可能是该地区受太平洋板块和欧亚板块的相互作用而使地壳减薄,热物质上升造成的结果.     

辽宁及邻区背景噪声相速度结构研究

收集辽宁及其周边地区（吉林、河北、山东、内蒙）70个宽频带地震仪2012年连续背景噪声波形数据,基于地震背景噪声层析成像方法,得到研究区面波群速度及相速度图像。利用台站对互相关方法,提取瑞利面波格林函数,采用时频分析法（FTAN）获取2 416条相速度频散曲线,从中筛选1 661条信噪比较高的频散曲线。将研究区以0.25°×0.25°进行网格化,采用Ditmar等提出的层析成像反演方法,得到周期10—40 s的瑞利面波群速度及相速度结构分布图。与群速度结果相比,分辨率更高,研究区大部可达0.5°×0.5°（局部可达0.25°×0.25°）。结果表明,辽宁地区地壳及上地幔面波相速度结构存在显著的横向不均匀性。在周期10—15 s的群速度图中,浅层及中上地壳速度分布与研究区地形地貌及主要地质构造单元具有较好的对应关系,盆地及沉积层低速,山区隆起高速,且在高低速转换带多为地震孕震区;在周期20—30 s相速度结构图中,下地壳至上地幔顶部深度范围内,相速度速度结构主要受地壳厚度及渤海湾内巨厚沉积层的影响,在海城至大连区域内出现的低速异常推测为地下热物质上涌;随着深度的增加,在周期30—40 s的相速度图中,速度分布逐渐受控于莫霍面起伏,明显变化出现在辽东半岛,由高速变为低速。     

Lg尾波Qem0sub值与中国大陆及邻区的地质构造关系

利用中国大陆45个宽频带数字地震台站的432条垂直向地震记录， 采用叠加频谱比值法计算单台Lg尾波Q0 (1 Hz的Q值) 及eta;值. 利用层析成像方法反演得到中国大陆及邻区(70deg;~135deg;E, 20deg;~50deg;N)Lg尾波Q0及eta;值的横向变化图象. 结果表明，中国大陆及邻区Q0值主要在150~600之间. 其中川滇及缅甸西北部地区的Q0值最低(240). 该地区地壳有复杂的断裂破碎构造及强烈的水热活动. 最高Q0值(Q0510)区主要位于蒙古高原南部、阿拉善、鄂尔多斯块体交界. 其频率依赖eta;值在0.45~0.75之间变化.      

基于最小二乘配置在椭球面上解算喜马拉雅地区GPS应变分布

随着空间大地测量技术不断发展,GPS观测的地壳水平形变速度场精度也在不断提高,更加严密的GPS应变分析模型将有助于促进更高精度的地壳运动模型的构建.大地线长度与对应球面弧长之间的差异与纬度、经度变化均有关,并且与纬度变化影响最为显著,纬度越低,相应的椭球面效应约显著.本文在最小二乘配置模型的基础上进一步研究并推导了基于椭球坐标系的GPS应变分析模型,通过该模型进一步计算了青藏高原南部喜马拉雅构造带及阿萨姆构造结地区现今GPS应变分布.最大、最小主应变的显示喜马拉雅山脉中部的南北向压缩变形最强,西部次之,东部最弱.在印度板块的俯冲推挤作用下,喜马拉雅构造带内部地壳的变形过程并不统一.本文研究发现雅鲁藏布江缝合带与亚东—古鲁断裂带是该区域地壳水平形变的两条重要分界构造,雅鲁藏布江缝合带南部、亚东—古鲁断裂西侧的条带状地区可能是青藏南部吸收来自印度板块俯冲挤压作用的主要区域,最大剪应变分布及面膨胀值分布均表明亚东—古鲁断裂带是喜马拉雅构造带东西向拉伸变形过程中的一条重要的分界构造.沿喜马拉雅构造带分布的地壳剧烈变形区域集中分布在断裂以西,向东跨过该断裂的GPS应变场大幅减弱.青藏高原东南缘以阿萨姆构造结为中心的顺时针旋转变形存在旋转内、外圈层速度不一致现象,旋转速率由内向外逐渐增强.     

青藏高原P波速度层析成像与岩石圈结构

利用中国西部地震台网的数据,通过体波层析成像反演了青藏高原及邻域的三维P波速度结构.根据地壳和上地幔的速度变化和构造特征,重点讨论了下地壳流动、地幔上涌、岩石圈减薄以及与藏北新生代火山岩和藏南裂谷系的关系等问题.分析表明,青藏高原中、下地壳平均速度偏低,低速区主要分布在拉萨和羌塘块体内部,随着深度的增加逐渐扩大到松潘—甘孜块体.上述低速区之间多被高速带分隔,暗示地壳中、下部的韧性变形被限制在特定的区域,不太适于产生贯穿整个青藏高原的大规模横向流动.此外,地幔上涌也并非普遍发生于整个青藏高原,而是集中在羌塘、松潘—甘孜以及喜马拉雅东构造结附近,导致上述区域的岩石圈地幔较薄,并且伴生火山活动和岩浆作用.此外,由于印度大陆岩石圈在向北俯冲,板片下沉过程中引起地幔上涌,热流物质有可能上升进入地壳,这一作用对藏北新生代火山岩和藏南裂谷系的形成以及中、下地壳的韧性变形产生了明显的影响.     

西藏西部地区的远震P波层析成像研究

采用快速行进法正演计算了西藏西部地区的远震P波理论走时,随后基于该地区台阵提取到的相对到时残差利用子空间迭代算法反演得到该地区的地壳上地幔速度相对分布。层析成像结果显示:西藏西部地区在下地壳深度显示高速异常,上地幔深度该地区内部的高速异常范围从西往东逐渐减小,且研究区域东部存在高低速异常相间分布。据此认为印度板块在青藏高原内部近水平俯冲,西部俯冲范围较大,且俯冲过程中存在板块撕裂现象,撕裂的印度板块拆沉进入上地幔,而撕裂产生的间隙由于应力释放导致了西藏西部地区新生代裂谷的形成。      

Research on the 3—D Seismic Structures in Qinghai—Xizang Plateau

Based on the recording data from the analogue and broadband digital seismic stations in and around Qinghai-Xizang (Tibet)Platean,the three dimensiomal 3-D) seismic velocity stroctures in Qinghai-Xizang Plateau were obtained by using the regional body wave tomography and surface wave tomography.The results from these two tomography methods have similar characteristics for P-and S-wave velocity structures in crust and upper mantle.They show that there are remarkahle low velocity zones in the upper crust of L hasa block in the southern Qinghai-Xizang Plateau and the lower crust and upper mantle of Qiangtang block in the northern Qinghai-Xizang Plateau.These phenomena may be related to the different steps of collision process in southern and northern Qinghai-Xizang Plateau.     

藏南错那-沃卡裂谷的第四纪正断层作用及其特征

地表调查发现,位于西藏南部的错那-沃卡裂谷带包含了3个相对独立的地堑-半地堑——沃卡、邛多江和错那-拿日雍错地堑(从北到南),并构成了该区重要的近SN向控震构造带。该裂谷带整体的展布方式及其中各地堑主边界断裂带的正断层活动指示了100°±2°的区域伸展方向。各边界断裂带的活动强度分析表明,断裂的平均垂直活动速率介于0·3~1·9mm/a。其中,末次盛冰以来合理的活动速率估算值为1·2~1·5mm/a,而末次间冰期以来的活动速率只有(0·6±0·3)mm/a,暗示该裂谷带的断裂活动行为可能类似于地震的丛集活动,存在间歇期与活跃期交替出现的特点。综合分析认为,中-下地壳物质的近EW向伸展或流动所导致的上地壳均匀拉张模式可能是该裂谷带的主要成因     

羌塘地块中部南北向断裂的构造特征及其动力学意义

青藏高原内部除大规模的东西向走滑断裂以外,另一个显著的地质特征就是在藏南及高原腹地广泛发育东西向的伸展构造,形成走向近南北的断裂构造,如亚东一谷露裂谷带及双湖断裂.伸展构造已经成为青藏高原地质研究的一个焦点问题.在羌塘地块89°E附近存在明显的低重力、负磁、深度达300 km的低速异常及连通壳幔的高导异常,且地表伴生大规模的新生代火山岩,这些特殊的地质及地球物理场特征的发生位置与地表双湖断裂的位置基本对应.本文通过卫星重力数据的多尺度小波分析结果发现,双湖断裂之下,存在一明显由上地壳一直向下延伸至地幔深部的低重力异常,说明双湖断裂向下延伸深度大,且上下连通性好.结合已有的地质和地球物理资料,认为由于双湖断裂的存在,使得深部幔源岩浆沿断裂构造薄弱带上涌,从而导致羌塘地块之下壳幔温度的升高及大规模部分熔融的发生.     

南北地震带北段的地壳速度结构及其构造启示

收集和拾取了“中国地震科学台阵”探测项目在南北地震带北段布设的680个流动地震台站和中国地震台网217个固定台站所记录的地震事件的P波和S波初至到时,通过层析成像研究获得了南北地震带北段水平网格间距为0.33°×0.33°的地壳P波和S波速度分布。结果显示:在30 km深度上青藏高原东北部表现为显著的整体性低速异常,低速异常区向南延伸至龙门山断裂,以106°E为界线将秦岭造山带分为西侧的低速异常和东侧的高速异常,并沿银川—河套地堑向东北展布,向北穿过河西走廊,在阿拉善地块表现为低速异常,这可能暗示了青藏高原向东的扩展被较为坚固的四川盆地和秦岭造山带阻挡,而向北的扩展可能影响到了河西走廊至阿拉善地块,并沿银川—河套地堑影响到鄂尔多斯西北缘;在50 km深度上,阿拉善地块、祁连造山带东段显示高速异常,有可能是阿拉善地块向祁连东段下方俯冲所致。研究区内大部分地震分布在P波和S波高低速异常相间及速度剧烈变化的地区,M≥6.0强震几乎全部投影在30 km深度的低速异常区域内,说明强震发生的背景可能与地震源区下方的低速区有关。      

青藏高原东部和周边地区地壳速度结构的背景噪声层析成像

利用连续地震背景噪声记录和互相关技术获得瑞利面波格林函数,进而反演获得了青藏高原东部和周边地区的地壳三维速度结构.地震数据源于北京大学宽频带流动观测地震台阵,国家数字测震台网数据备分中心提供的部分固定台站的连续记录及INDEPTH IV宽频带流动观测地震台阵.首先对观测数据进行处理和分析取得所有可能台站对的面波经验格林函数和瑞利波相速度频散曲线,反演得到了观测台阵下方周期从6~60s的瑞利波相速度异常分布图像.并且进一步反演获得研究区域三维剪切波速度结构和莫霍面深度分布.短周期(6~14s)相速度异常分布与地表地质构造特征吻合较好,在青藏高原和四川盆地之间存在一个明显的南北向转换带.而本文最重要的结果是周期大于25s的相速度异常分布图像显示,以昆仑断裂带为界,柴达木盆地和祁连山脉地区呈现与青藏高原截然不同的中地壳速度结构,反而与青藏高原东缘地区和川滇菱形块体速度结构相似.反演获得的剪切波速度在27.5~45km深度的切片也明显地揭示:青藏高原的松潘—甘孜地块和羌塘地块呈现均一的低速层;然而,柴达木盆地和祁连山脉地区则呈现较强的横向不均匀性,尤其是柴达木盆地的高速异常和四川盆地的高速异常相对应.这些结果为前人提出的青藏高原东北向台阶式增长模式提供了重要的地震学观测证据.与全球一维平均速度模型(AK135)相比较发现,本文测量和反演获得的研究区域内平均相速度和剪切波速度都比AK135模型慢很多,尤其是青藏高原的中地壳(25~40km)剪切波速度显著低于全球平均速度模型.进一步的层析成像反演证实松潘—甘孜和羌塘地块中地壳(27.5~45km)呈现大范围均一的低速层,为青藏高原可能存在大规模中下地壳"层流"提供地震学观测证据.在祁连山脉的27.5~45km深度观测到的明显低速异常体可能对应于该造山带下地幔岩浆活动导致的底侵作用,表明引起该地区地壳增厚的主要机制可能是来自地幔岩浆的底侵作用.     

小江断裂带周边地区三维P波速度结构及其构造意义

作为青藏高原的东南边界,小江断裂带在高原物质的侧向逃逸中发挥着重要的作用.本文利用流动地震台阵及固定台站的走时观测资料,对小江断裂带及周边区域的壳幔三维P波速度结构进行了研究.结果表明,在中上地壳,小江断裂带内部主要为低速异常,其东侧主要为高速异常.在中下地壳,小江断裂带中部为低速异常,北部和南部主要为高速异常,其中北部的高速异常可延伸到地表附近,南部的高速异常可一直延伸到上地幔.我们推测,小江断裂带中部的低速异常与深部热作用有关;北部的高速异常可能是晚古生代地幔柱活动导致大量基性和超基性幔源物质侵入地壳引起的,它的存在对青藏高原物质向南逃逸起到了一定的阻挡作用,可能是导致川滇活动块体北部次级块体快速抬升的重要因素;南部顶界面向北倾斜的高速异常体对川滇活动块体向南滑移起到了进一步的阻挡作用,导致其上覆的中上地壳低速异常区发生较强的变形和强烈的地震活动,同时在上地幔深度范围起到了稳定的作用,使其南部区域的介质受青藏高原物质向南挤出的影响明显减小.