青藏高原东缘地壳、上地幔电性结构探测及其构造意义

利用大地电磁测深(简称MT)方法对青藏高原东缘地区进行了地壳、上地幔电性结构探测研究,得到了该区具有特殊的电性结构特征,探测结果清晰揭示出:(i)鲜水河断裂带是一条规模巨大的岩石圈断裂,它是川滇菱形块体的重要边界断裂;(ii)测区为强震多发区,断裂两侧块体介质的差异是强震活动带重要的深部背景;(iii)川滇菱形块体北部地区十几公里下,发现存在大规模低阻体,电阻率仅为几～几十欧姆·米,该层约以45°角向北东下延,与青藏高原侧向挤出,物质向东流变,受刚性块体阻挡有关。从深部介质电性特征,推断现今川滇菱形块体北部处在热状态,是近代很活动的块体之一;(iV)测区内岩石圈厚度由西段(川滇北部块体)逐渐向东(扬子块体)增厚。     

南北地震带南段远震P波走时层析成像研究

南北地震带南段位于青藏高原东南缘,是青藏高原与扬子克拉通的过渡地带.本文收集了该区域内90个固定台站和356个流动台站的远震波形数据,采用波形互相关方法拾取了88691个P波走时残差数据,应用FMTT(Fast Marching Teleseismic Tomography)层析成像方法获取了南北地震带南段深部的三维P波速度结构.结果显示了研究区深部的结构具有显著的不均匀性:腾冲火山地区深部400km以浅的深度内分布着明显的低速异常;四川盆地西南部下方300km内具有较强的高速异常;在上地幔顶部,沿川滇菱形块体周边的大型断裂带及川滇菱形块体南端分布着显著的低速异常,这些低速异常为青藏高原物质向东南方向挤出提供了必要的通道;保山地块下方存在一东倾的高速异常带,该高速异常带为印度板块岩石圈向东俯冲的体现.     

青藏高原东南缘基于程函方程的面波方位各向异性研究

青藏高原东南缘作为高原物质侧向挤出的前沿地带,是研究岩石圈变形机制、高原物质侧向逃逸和深部动力学等科学问题的关键地区之一.本文利用研究区内540个宽频带流动地震台站记录的远震面波资料,基于程函方程面波层析成像方法获得了青藏高原东南缘周期14~80 s瑞利面波相速度和方位各向异性分布图像.结果显示：14~20 s周期内,面波方位各向异性分布与断裂带的走向和最大主压应力的方向密切相关,可能受到了断裂带和区域构造应力场的共同作用.川滇菱形块体的北部次级块体及丽江—小金河断裂带附近随着面波周期的增加,各向异性快波方向从NS向逐步转变为NE-SW方向,并与断裂带大致平行,而其以南的攀枝花附近表现为高相速度和弱各向异性的特征.我们推测,在川滇菱形块体北部存在明显的下地壳流,流动方向与块体向南的挤出方向基本一致,该地壳流受到攀枝花附近的高速、高强度坚硬块体阻挡,其前缘向西南方向流动.川滇菱形块体中部地区由于坚硬块体的存在,下地壳没有明显的通道流.在红河断裂以西地区,30~60 s周期范围的面波各向异性快波方向和红河断裂大致平行,推测可能与渐新世至中新世早期印支地块向南东方向的挤出密切相关.研究区东北部,四川盆地南缘地壳各向异性以NE-SW和NEE-SWW向为主与SKS快波方向明显不同,推测主要与该地区地壳的早期构造变形有关同时也说明SKS各向异性主要来自上地幔介质;在研究区南部104°E以西的中长周期面波各向异性方向与SKS分裂研究获得的近EW快波方向基本一致,但在104°E以东地区面波各向异性较弱且快波方向与SKS的观测结果存在明显差异,我们推测东部SKS各向异性来源深度至少在150 km以下.     

德钦—维西地区流域盆地面积—高程积分特征及其构造意义

1 研究背景 德钦—维西地区位于滇西北川滇菱形块体边缘的活动构造区(马瑾,1988),构造位置特殊,地处青藏高原东南缘横断山脉中南段,川滇菱形块体西北界争议较大的三江并流地区,特提斯—喜马拉雅构造域东南部弧形构造转折处,冈瓦纳古陆与欧亚大陆拼合带边缘,也是扬子准地台与滇西地槽摺皱带交接区,构造复杂(吴长富,1998).区内分布有德钦—中甸—大具断裂和维西—乔后断裂等活动断裂.区域地震活动比较活跃,其分布与块体边界的作用及深部特征有着密切关系.     

川滇地区活动地块现今地壳形变特征

利用川滇地区1998～2002年间200多GPS点位的多期复测结果, 将川滇地区分为9个次级活动块体, 计算了各个活动块体的欧拉旋转矢量和主要活动断裂的运动速度, 并分析了该地区的应变场特征. 结果表明, 川滇地区的地壳运动速度具有北强南弱、西强东弱、以菱形块体为主顺时针旋转的特征; 菱形块体外各个块体运动速度大幅衰减; 与地质结果的差异表明, 川滇菱形块体的现今地壳运动由北往南逐渐增强; 青藏高原物质的侧东向挤出在滇中块体南部明显下降, 而丽江—小金河断裂带的吸收作用并不明显; 川滇地区以压应变为主,四川石棉和云南新平一带出现的应变集中地区也许具有发生中强地震的可能性.     

MT约束的青藏高原东南缘上地幔热结构研究——以兰坪—贵阳剖面为例

青藏高原东南缘是青藏高原软弱物质运移的关键位置,研究其深部结构有助于理解青藏高原的扩张机制.本文利用穿过青藏高原东南缘的一条起始于兰坪—思茅块体,穿过川滇菱形块体,终止于华南块体的长约750 km的大地电磁测深(MT)剖面的电阻率结构,基于上地幔矿物和熔融体温度与电导率的关系,获得了研究区上地幔温度结构与熔融百分比分布.结果表明,采用随深度变化的含水熔融上地幔矿物组分模型才能合理地获得整个上地幔温度;上地幔全岩含水量约4.69(40 km深度)～0.13 wt%(150 km深度),矿物熔融百分比约0～1.4%之间,并在70 km深度附近出现了较明显的局部熔融带;上地幔温度位于400～1300℃之间,随深度加深而逐渐增加;70 km以浅的温度表现出相对强烈的横向变化,且川滇和兰坪—思茅块体的上地幔温度和矿物熔融百分比的深度平均值明显高于华南块体.     

青藏高原东南缘Moho面速度密度跃变研究

青藏高原东南缘地下深部结构的研究对了解青藏高原的变形机制和动力学过程具有重要意义.本文利用四川、云南固定台站记录到的远震波形资料,首先采用接收函数H-k叠加方法获得青藏高原东南缘台站下方的地壳厚度和波速比.进而利用接收函数一次转换波和多次波幅度信息确定了青藏高原东南缘Moho面上的S波速度和密度跃变.研究结果表明:研究区由南到北地壳厚度逐渐增加,从永德、沧源、孟连地区的33 km左右增至巴塘地区的69.7 km左右,厚度变化了近乎37 km.四川盆地和松潘甘孜块体南部的姑咱地区具有高泊松比、速度密度跃变较小特征,表明这两个地区含有较多铁镁物质.腾冲地区、龙门山西侧的汶川地区、四川盆地西南缘的沐川地区以及则木河断裂的石门坎至东川地区同属于高泊松比、速度密度跃变较大,显示这些地区壳内存在部分熔融.     

青藏高原东缘上地幔顶部Pn波速度结构及各向异性研究

本研究使用中国地震局地壳应力研究所2010—2011年期间在云南地区布设流动地震台站以及青藏高原周边地区固定地震台站记录到的波形资料,提取了大量高质量Pn波到时资料.联合中国地震台网观测报告,我们获得了一个新的青藏高原东缘上地幔顶部Pn波速度和各向异性结构模型.结果显示,研究区内上地幔顶部存在明显横向不均匀性.古老盆地和稳定地台区如四川盆地、柴达木盆地、拉萨地块和阿拉善块体呈现为明显高波速异常,而祁连山至西秦岭褶皱带和川滇菱形块体北部等为相对弱高波速异常.在龙日坝断裂带以东的松潘—甘孜地块往南沿安宁河—则木河断裂至川滇菱形块体南部显示为一条近南北向明显低波速异常.三江褶皱系、缅甸弧俯冲带以及四川盆地东南等地区为明显低波速异常.地壳强震多发生在高波速异常边缘或高低波速异常过渡带上,表明地壳强震的孕育可能还与地幔构造作用存在一定相关性.青藏高原东构造结的各向异性快波方向呈顺时针旋转分布,与印度—欧亚碰撞密切相关.龙门山断裂带东西两侧的各向异性快波方向发生明显变化,由其西侧松潘—甘孜地块下方的NE向转变为四川盆地下方的近EW向,说明青藏高原物质流动遇四川盆地后分为NE和SW向两支.在川滇地区26°N以南地区上地幔顶部各向异性呈现近NS向与地表GPS观测相一致,但与SKS分裂结果存在较大差异,可能表明地壳与上地幔顶部形变表现为耦合现象,而上地幔顶部至岩石圈内部则存在解耦现象.     

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.     

小江断裂带及周边地区震源机制解与区域构造应力场研究

正川滇块体位于青藏高原东南缘,印度板块与欧亚板块的相互碰撞使青藏高原向东移动的过程中又受到了稳定的华南块体的阻挡,最终使得川滇块体向南南东方向移动,造成了川滇块体是我国构造活动最强烈的地区之一,东边界也具有了强烈的左旋剪切变形。自从中国大陆活动地块科学假说的提出,以及活动块体划分及其对中国大陆强震的控制作用研究以来,活动块体边界带受到了研究学者的广泛关注,学者根据活动块体的完整性和统一运动方式的特点,认为     

巴颜喀拉地块东部及邻区重力均衡与岩石圈有效弹性厚度

基于SIO(Scripps Institute of Oceanography)最新全球重力和高程模型,计算了巴颜喀拉地块东部及邻区的布格重力异常、均衡重力异常、岩石圈有效弹性厚度及荷载比.结合大地热流、地震速度结构、地震活动和断裂构造分布等,分析了地壳均衡状态和岩石圈有效弹性厚度、地质构造单元间的差异及与地震活动的相关性特征.研究结果表明,该区域布格重力变化范围约为-500～0mGal(1mGal=10~(-5)m·s~(-2),下同),在巴颜喀拉块体东部区域形成弧形重力梯度带,近年来的中强地震活动频发于该梯度带不同部位,应与其应力依次释放有关;均衡重力异常结果表明,其变化范围约为-80～+100mGal,且大部分区域处于±20mGal以内的被认为处于重力均衡的状态,重力非均衡(正或负)多出现于块体边界带附近,地震多发生在靠近块体边界的均衡重力异常(正或负,主要为正)区域内;巴颜喀拉地块东部及邻区岩石圈有效弹性厚度(T_e)为10～65km,不同构造单元之间T_e空间分布差异明显,较低的T_e值出现在龙门山构造带附近,T_e值为20km左右,岩石圈荷载加载比为0.5～0.8,表明现今的岩石圈挠曲状态主要由莫霍面加载形成.进一步分析表明,巴颜喀拉地块东部挤压增生与横向流动同时发生,是造成该区域地震发生与重力均衡异常高值重合、岩石圈有效弹性厚度和大地热流值较低的主要原因.本文获得的地壳均衡特征及岩石圈有效弹性强度结果,加深了对巴颜喀拉东部及邻区岩石圈构造演化过程的认识.     

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.     

青藏高原东缘岩石圈物性结构特征及深部构造涵义

青藏高原东缘是研究青藏高原地壳物质向东侧向挤出的焦点地区.为探索青藏高原东向挤出其东部壳幔结构响应及深部地质构造依据,本文利用卫星测高重力数据、数字地震台网("喜马拉雅"项目一期)634个台站的观测数据、以及跨越龙门山构造带、攀西构造带的两条长周期大地电磁测深资料,获得了青藏高原东缘视密度物性结构、P波速度异常结构、以及电性成像结构.物性成像结果表明:(1)松潘地块、川滇地块中-下地壳、上地幔具有低密度、低速、高导的韧性物性结构,部分地区这种韧性物性结构甚至可到达150 km处;(2)四川盆地下方扬子克拉通岩石圈具有稳定的高密度、高速、高阻的刚硬物性结构,其结构向下可延伸至150 km深处;(3)青藏高原东缘横向和垂向的物性结构差异,为揭示龙门山构造带、川滇地块隆升机制提供了物质基础和动力学依据;(4)岩石圈物性结构中,沿岷山一龙门山一锦屏山一玉龙雪山构造带一线存在明显的密度、速度梯级带,其东西两侧呈明显物性二元结构,该物性梯级带可能反映了中上扬子地块西边界位置.     

海洋岩石圈板块有效弹性厚度研究

本文在前人研究大陆岩石圈板块有效弹性厚度的基础上,建立研究海洋岩石圈板块有效弹性厚度的理论模型,推导出与大陆岩石圈不同的海洋岩石圈板块响应函数 Z(k,T_e) 理论计算公式.并分析海洋岩石圈板块响应函数 Z(k,T_e) 的特点.文中对实际的海洋测量数据的响应函数 Z(k,T_e) 进行计算和分析,估算我国南海南沙海域和南海中央海盆岩石圈板块有效弹性厚度分别约为10 km和6~7 km.     

Structure and Significance of S-wave Velocity and Poisson’s Ratio in the Crust beneath the Eastern Side of the Qinghai-Tibet Plateau

The receiver functions of body waves of distant earthquakes obtained for the regions beneath 41 digital stations (Lhasa and GANZ in Tibet, Mandalay and Rangoon in Myanmar, SHIO in India, CHTO in Thailand, and station network in Sichuan and Yunnan) were used to invert for S-wave structure in the crust and upper mantle in Sichuan, Yunnan, and their surrounding areas. Meanwhile the distribution characteristics of the Poisson’s ration and the crustal thickness in Sichuan and Yunnan areas were also obtained. Results indicate that the depth of Moho beneath the eastern side of Qinghai-Tibetan plateau varies strikingly. It is obvious that the greatest changes in crustal thickness occur in a north-south direction. The crustal thickness decreases from north to south, being as thick as 70 km in eastern Tibet, the northern portion of our area of interest, and less than 30 km in Chaing Mai and Rangoon, the southern portion of our area. There are, however, exceptions regarding the trend. The thickness exhibits an east-west variation trend in the area from Ma’erkong-Kongding in Sichuan to Lijiang in Yunnan. In general the Jinpingshan-Longmenshan fault and Anninghe fault can be taken as the boundaries of this exception area. The thickness in Kongding in the west is 68 km, while it is only 39 km in Yongchuan in the east. Moreover the Poisson’s ratio values in the blocks of central Sichuan and Sichuan-Yunnan Diamond are high, and a low velocity layer in the crust of this area can be obviously detected. The distribution characteristics of the high Poisson’s ratio and the low velocity of the crust in this block correspond to the tectonic structure, being in contrast with the surrounding areas. Combining with the distribution features of the modern tectonic stress field, it is deduced that the Sichuan-Yunnan area is probably the channel through which the materials of the lithosphere flow eastward.     

卡罗琳板块及其附近地区的岩石圈有效弹性厚度

本文利用卡罗琳板块及其附近地区的自由空气重力异常和海水深度数据,结合滑动窗口导纳技术(MWAT),计算了该地区的岩石圈有效弹性厚度T_e.本文使用Multitaper(多窗谱)方法对功率谱密度进行估计,基于实际的海底地形,通过模拟计算得到了MWAT方法较真值的改正,MWAT方法计算的结果偏小20%左右.研究结果显示卡罗琳板块及其附近地区的T_e变化范围为1~34km.研究区域包括了海山、海底高原、俯冲带、扩张洋脊等多种构造,对它们的岩石圈强度的研究为认识西太平洋地区岩石圈的构造和演化提供了重要的依据.T_e与加载时的岩石圈年龄、地表热流相关.T_e与海底地壳年龄之间的关系显示T_e主要位于板块冷却模型的450℃的等温线深度以上.西太平洋的Magellan海山和Marcus-Wake Guyots(MWG)地区的T_e主要分布在加载形成时板块冷却模型的200℃的等温线深度附近,较低的等温线可能受太平洋超级地幔柱的影响.我们的研究结果也显示在研究区域内海洋地壳的热流与T_e之间存在一定的反相关性.     

青藏高原岩石圈三维电性结构

本文报道通过综合大地电磁调查数据研究青藏高原岩石圈三维电阻率模型的初步成果.大地电磁法调查区域已经覆盖了高原大部分面积,为全区三维电阻率成像研究打下了可靠的基础.对多个测区大地电磁数据进行精细的同化处理和反演成像,取得了青藏高原可靠的岩石圈三维电阻率结构图像.成像的区域为28°N—35°N,80°E—104°E.三维反演计算时采用的网格尺寸为20km×20km,垂直方向不等间距剖分为26层.结果表明,青藏高原现今岩石圈电阻率扰动主要反映印度克拉通对亚欧大陆板块俯冲引起的热流体运动和大陆碰撞和拆离产生的构造.在岩石圈地幔,察隅地块、喜马拉雅地块和拉萨地块东部联成统一的高电阻率地块,它们反映了向北东俯冲的印度克拉通.雅鲁藏布江、班公—怒江和金沙江缝合带都有明显的低电阻率异常,表明岩石圈深处有热流体活动.雅鲁藏布江、班公—怒江和金沙江缝合带都有明显的低电阻率异常,也表明它们的岩石圈还有流体活动.青藏高原东部的低阻区沿100°E向地幔下方扩大,反映了金沙江断裂带有切穿岩石圈的趋势.地幔电阻率平面扰动的模式显示,青藏高原东西部的地体碰撞拼合形式和方向是不同的.在青藏高原西部,羌塘、拉萨和喜马拉雅等地体从北到南碰撞拼合.在青藏高原东部,羌塘—拉萨、察隅、印支、雅安和扬子等地体多方向拆离拼合,在地壳造成不正交的拆离带和压扭构造系.从高阻-低阻区的分布看,东部的地体拼合有地幔的根源,今后还会进一步发展.察隅地块岩石圈对青藏高原东部的楔入,使其北部和东部地块的岩石圈发生拆离撕裂,也造成热流体上涌的低电阻率异常.     

青藏高原东南缘地质构造基本形态与地震各向异性基本特征

青藏高原东南缘受印度板块NE向推挤和高原物质SE向挤出及四川盆地、 华南块体阻挡的共同作用, 成为高原物质SE向逃逸的关键通道。 本文综述了青藏高原东南缘由不同震相和不同方法得到的不同深度的地震各向异性结果, 结合区域内断裂分布、 地表运动、 构造应力以及深部结构等方面, 全面分析了青藏高原东南缘上地壳至中下地壳及上地幔的介质各向异性与变形耦合特征。 青藏高原东南缘壳幔地震各向异性的差异反映了区域内复杂的深部构造和壳幔变形。 由于青藏高原形成机制、 壳幔耦合状态和软弱层分布形态等科学问题尚处于学术探讨之中, 有效结合不同数据和综合多种方法, 有益于获得更加准确、 精细的地壳—上地幔地震各向异性图像, 对深部物质运动与动力模式进行更有效的约束。     

利用剪切波分裂研究青藏高原东北缘及东南缘上地幔各向异性

利用从IRIS上下载的青藏高原东北缘238个台站以及中国地震科学探测台阵喜马拉雅一期350个台站记录到的远震波形数据,通过采用剪切波分裂方法,获取各个台站下方各向异性分裂参数——快波偏振方向（φ）和分裂时差（δt）,从而得到青藏高原东北缘、东南缘上地幔的各向异性特征。研究结果表明,祁连块体、阿拉善块体和鄂尔多斯块体北部,快波方向为NNW-SSE,明显不同于GPS测量得到的近NE-SW的地表位移场方向,延迟时间平均~0.85 s;羌塘块体以及松潘-甘孜褶皱带的西部,快波方向呈现沿顺时针方向旋转的趋势,并且与GPS测量得到的地表位移场方向一致,延迟时间平均为~1.24 s;松潘-甘孜褶皱带东部、秦岭造山带与鄂尔多斯块体南部的交界处,快波方向呈现无序分布,与GPS方向表现出不一致的分布,延迟时间平均~1.08 s;川滇块体北部,快波方向近似N-S方向,与GPS测量得到的地表位移场方向相同,平均延迟时间为~0.925 s;位于北纬26°以南的川滇块体南部,快波方向近E-W方向分布,明显不同于GPS地表位移场方向,平均延迟时间~1.065 s。综合分析推测,羌塘块体、松潘-甘孜褶皱带的西部以及川滇块体北部,地表形变和深部之间的变形是相互耦合的;祁连块体、阿拉善块体和鄂尔多斯块体北部,松潘-甘孜褶皱带东部、秦岭造山带与鄂尔多斯块体南部的交界处以及川滇块体南部,壳幔之间可能存在解耦现象。     

Geophysical evidence for thrusting of crustal materials from orogenic belts over both sides of the Yangtze Block and its geological significance

Based on deep geophysical detections, we have reconstructed the crustal structure from the eastern margin of the Tibetan Plateau to the Jiangnan-Xuefeng orogenic belt. The results suggest that the Yangtze Block was overthrusted by crustal materials in its NW direction from the eastern Tibetan Plateau but in its SE direction from the Jiangnan orogen. These overthrusting effects control the crustal structure from the western Sichuan to the western area of the Jiangnan orogen-Xuefeng orogenic belt. The eastward extruded materials from the eastern Tibetan Plateau were blocked by the rigid basement in the Sichuan Basin, where upper-middle crust was overthrusted whereas the lower crust was underthrusted beneath the Sichuan Basin. The underthrusted unit was absorbed by crustal folding, shortening and thickening in the Yangtze Block, forming the Xiongpo and Longquan Mountains tectonic belts and resulting in the NW-directed thrusting of the Pujiang-Chengdu-Deyang fault, and the western hillsiden fault in the Longquan Mountain. These results provide resolution to the controversy where the eastward extrusion material from the Qinghai-Tibet Plateau had gone. Overall, that Yangtze Block was subjected to thrusting of the crustal materials from the orogenic belts over its both sides. This finding has implications for the study of the intracontinental orogenic mechanism in South China, the reconstruction of tectonic evolutionary history and the kinematics processes during the lateral extrusion of the Tibet Plateau.