中国西部地区地壳结构特征与强震活动相关性研究

中国西部地区是地震活动十分强烈的地区,天山、阿尔泰、帕米尔和西昆仑都是著名的地震构造带,在这些地震构造带和周边地区发生了多次震级大于5级的强震.本文通过分析西部地区的重力场特征,根据重力数据结合地震剖面、应用Parker-Oldenburg方法反演得到了研究区莫霍面深度,通过对比地震层析成像的反演结果,分析了研究区的地壳结构特征.计算结果表明,研究区地壳结构不均匀特征明显,在造山带地区一般是莫霍面坳陷区,盆地则是莫霍面隆起区,主要造山带地壳速度结构表现为高速区,盆地和主要凹陷区为低速区.根据计算结果和以往强震震中位置分析了地壳构造与强震活动的相关性,西部地区的地震活动与地壳结构的横向不均匀密切相关,强震主要发生在地壳速度变化带附近和地壳速度结构差异较大的地区,在构造应力作用下,这些地壳介质非均匀地区易发生强震,这是中国西部造山带和盆-山边界附近频发强震的构造原因之一.     

山东地区地壳速度与中强地震的关系

利用山东区域地震数字台网提供的数据,通过三维层析成像方法结合山东地质构造实际情况,对山东区域进行联合走时反演地壳速度结构,获得该区分辨率较高的三维速度结构图像。结果表明：不同深度上的速度分布反映出山东地区深部构造的某些重要信息,为进一步研究该区的活动构造及地震参数计算提供科学依据。在地壳速度结构与中强地震活动的关系上,再次显示出中强震多发生在速度结构高速单元与低速单元的过渡带附近,说明中强震的孕育与震源区周围介质的不均匀性有关。     

基于密集台阵的青藏高原东北缘地壳精细结构及九寨沟地震震源区结构特征分析

基于青藏高原东北缘密集宽频带野外流动观测台阵以及固定台站资料,利用双差层析成像方法对地震位置和研究区的地壳速度结构进行了反演.最终用于联合反演的地震事件合计9644个.结果显示青藏高原东北缘速度结构具有明显的横向不均匀性.从整体上看,青藏高原地区表现为低速异常,鄂尔多斯表现为高速异常,而扬子地块亦表现为高速异常.不同深度处速度结构表现不一致,同一深度处P波速度结构和S波速度结构也有明显差异.由西秦岭北缘断裂带、临潭-宕昌断裂以及礼县-罗家堡断裂围限的地震活动强烈的区域中,P波速度结构由深度0 km时呈现的低速异常,逐渐过渡到5 km时高低速相间分布的特征;而S波速度结构在此区域中,由近地表0 km时高低速相间分布的特征,逐渐过渡到30 km时几乎表现为低速异常.2017年8月8日九寨沟7级地震所在的塔藏断裂、岷江断裂和雪山断裂围限区域,在深度20 km处的P波速度结构和周围存在明显差异,九寨沟地震处于高速异常与低速异常的过渡带内.此外,2013年7月22日发生在青藏高原东北缘的岷漳县6.6级地震,震源区所在的临潭-宕昌断裂附近的P波速度结构在15 km深度处也有明显特征,震源位置所在区域也处于高低速过渡带.该区域这种地壳内部高低速过渡带可能是应力比较容易积累而发生中强地震的一个重要场所.     

联合反演研究华北地区三维速度结构

本文利用华北地区测震台网1993~2001年所记录到的地震到时资料,对华北地区进行联合走时反演,获得了该区分辨率为0.5°×0.6°的三维速度结构图像.其结果表明:不同深度上的速度分布反映出华北地区深部构造的一些重要信息,为进一步研究该区的活动构造及地震参数计算提供了科学依据.在地壳速度结构与强地震活动的关系上,再次显示出强震多发生在速度结构高速单元与低速单元的过渡带附近,说明强震的孕育与震源区周围介质的不均匀性有关.     

晋冀豫交界地区地壳三维速度结构与地震分布特征

利用区域双差层析成像方法,基于2008年10月—2018年6月近震资料,对晋冀豫交界地区记录到的地震事件进行震源位置与P波、S波三维速度结构的联合反演。重新定位后,地震空间位置得到明显改善,浅部的速度结构与地形及沉积层厚度对应较好,研究区内控制性断裂和地震多分布在太行山隆起区的高、低速变化梯级带上。对比分析研究区内不同构造单元及同一构造单元不同深度的P、S波速度异常特征及其与中小地震和历史强震的分布关系,结合研究区内历史强震和现今中、小震分析发震构造及深部孕震环境,为该区未来强震危险区判定提供科学依据。     

四川地区的地震层析成像

由四川地震台网的P波数据所进行的层析成像研究得到了该区地壳及上地幔速度图像的新信息(结果表明:1.20^-km深度处的速度图像与地表构造特征密切有关,反映了地壳的岩性分布,呈现为断块结构;龙门山、鲜水河主要断裂及南北构造带和四川盆地清晰地成像在图上.一直被认为是隐伏存在的华蓥山断裂则鲜明地展现在20-85km深度的速度图像上.2.50±km深度处的速度图像则反映了该区的莫霍面深度明显起伏;四川盆地、徽（县）成（县）盆地和汉中盆地的地壳厚度小于50km,上地幔顶部速度约8.1km/s.龙门山以104°E为界,北段地壳厚度与四川盆地一样,中南段与川西相近.康滇地轴为四川地区地壳由东向西增厚的过渡地带.3.岩石层厚度显著变化,扬子准地台为比较活动的褶皱区,具有较厚的岩石层.4.速度结构与地震活动性存在一定的联系,该区1930年以来M≥6.0的强震震中在20^-km深度（上地壳）上的投影大都分布在速度梯度带上,成条带分布.考虑到强震的余震区大都偏高速体一侧,似乎表明,高速体有高于周围介质的剪切强度,它可能起沿断裂带凹凸体的作用.强震震中在50⁺km深度（上地幔顶部）上的投影几乎都分布在低速区及其边缘,那里壳幔间速度呈过渡关系,是软流层顶部较浅地区.     

门源地区地壳三维体波速度结构及地震重定位研究

本文使用甘肃、青海数字地震台网及中国地震科学探测台阵记录到的门源地区地震的P波和S波到时资料,应用双差层析成像方法联合反演了该地区的地壳三维速度结构和震源位置参数.结合地质构造背景,研究了门源M_S6.4地震孕育发生的深部介质环境及该地区速度结构与地震活动性之间的关系.结果表明：反演之后地震的走时残差均方根显著降低,重定位后的地震在垂直方向上呈现出与断层位置有关的条带状分布.门源地区地壳速度结构存在明显的不均匀性,浅层P波和S波速度结构与地表地质构造及地形特征密切相关.研究区内地震活动性与地壳速度结构具有很强的对应关系,地震主要分布在高速异常区域及其边缘.门源M_S6.4地震震中附近的P波和S波速度结构表现出明显的高速异常,且在震源区下方存在P波低速层,这种特殊的构造条件可能是导致此次地震发生的重要原因.     

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.     

1992年美国加州兰德斯地震——地壳结构不均匀性对地震发生的影响

为了理解地震的发生和地壳结构不均匀性的关系，利用南加州地震台网的固定台和临时台所记录的2863个兰德斯余震和区域地震，共计107401个P波和19624个S波高质量的到时数据，采用地震层析成像方法得到了兰德斯地震区P波和S波的精细的三维速度结构和泊松比分布．结果显示，地震的发生和分布与地壳结构的横向不均匀性有密切的关系．总体上看，兰德斯地震区余震成丛分布，并被低速块体截断，其中4级以上地震大多分布于P波高、低速异常过渡区域或偏向高速块体一侧，这可能是因为高速区多属地壳脆性介质，易于造成应力集中，导致地震；反之，低速度区则可能代表破碎程度较高、富含流体或温度较高区域，因而更倾向于产生无震变形．基于兰德斯地震区强震震源位置、地震区P波、S波速度异常与泊松比分布推断，兰德斯地震区可能有流体存在．地壳流体易使地壳岩石弱化，从而引发大地震．     

中朝地台东北缘地区的地震层析成像

根据中朝地台东北缘地区 (东经 1 1 7°0 0′— 1 2 6°0 0′ ,北纬 36°0 0′— 44°0 0′) 1 980— 1 997年的 380 0 0余条P波走时数据 ,利用正交投影法重建了该区地壳和上地幔的三维速度结构 .通过分析及同人工地震测深剖面的详细对比 ,证明了成像结果的可靠性 .结果表明 :中朝地台东北缘地区地壳上地幔介质存在显著的横向不均匀性 ,直至 1 2 0km深度处依然明显 ;地壳上部的速度图像清楚地反映了不同岩石单元的分布与该区不同性质的基岩分布基本吻合 ;从上、中地壳的速度图像中发现了研究区存在海城、朝阳、义县、丹东南、唐山等几个低速异常区(即速度逆反层区 ) ,其中海城、唐山、朝阳等地区的壳内低速层已由深地震测深资料所证实 ;研究区陆地发生的几次强震均发生于壳内低速层上方的高速脆性介质内 ,而渤海发生的强震 ,此现象不明显 ,但都发生于横向介质速度显著突变的位置 ;在地壳不同深度上发现了普兰店至山海关横跨渤海的北西向低速异常带 ;地震层析二维速度图像与深地震测深资料的对比表明 ,研究区利用地震层析成像技术 ,在一定条件下可以获得与人工地震测深相似的效果