运用H-k扫描和人工读取震相到时两种方法对比研究云南地区地壳结构

利用云南及其邻区59个宽频地震台站记录到的30°~100°远震资料,采用P波接收函数方法对云南地区的地壳厚度和地壳平均泊松比分布进行分析。研究结果显示:用H-k扫描和人工读取震相到时两种方法得到的云南地区地壳厚度和泊松比分布情况较为吻合。研究区域内Moho面埋深南浅北深,横向变化达30~40 km。在川滇菱形块体东南缘,地壳厚度等值线呈东南向舌状突出。泊松比呈块体分布特征,断裂两侧差异显著。高泊松比的分布主要集中在滇缅泰块体内和研究区域北部以及小江断裂附近,这与该区处于印度板块与欧亚板块碰撞俯冲前缘的特殊地理位置有关。     

云南数字地震台站下方的S波速度结构研究

通过对云南数字地震台站的宽频带远震接收函数反演，获得了云南地区数字地震台站下方0-0km深度范围的S波速度结构.结果表明，云南地区地壳厚度变化剧烈，中甸、丽江等西北部地区，地壳厚度达62km左右，景洪、思茅和沧源等南部地区，地壳厚度仅为32-34km.厚地壳从西北部向东南方向伸展，厚度和范围逐渐减小，至通海一带地壳厚度减为42km，其形态和范围与小江断裂和元江断裂围成的川滇菱形块体相一致.地壳厚度较小的东、南部地区Moho面速度界面明显；在地壳厚度较大或变化剧烈的地区，Moho面大多表现为S波速度的高梯度带.云南地区S波速度结构具有很强的横向不均匀性.km深度以上，北部地区S波速度明显低于南部地区，在-20km深度范围内，北部地区的S波速度比南部地区高.地壳内部S波速度界面的连续性较差，低速层的深度和范围不一，近一半的台站下方不存在明显的低速层.受南部地区上地幔的影响，40-50km深度范围内，S波速度南部高、北部低，高速区随深度增加逐渐向北推移，低速异常区形态与川滇菱形块体的形态趋向一致.70-80km深度的上地幔速度分布与云南地区大震分布具有一定的相关性.     

云南的地壳S波速度与泊松比结构及其意义

利用远震三分量宽频数字记录获取了云南地区23个台站下方的体波接收函数, 以此反演得到云南地区的地壳S波速度结构与地壳泊松比的分布特征. 结果表明, 云南地区地壳厚度从北到南逐渐减小, 西北端的中甸地壳厚度可达62.0 km, 而最南端的景洪仅为30.2 km. 特别值得注意的是在楚雄地区存在一个近乎南北向走势的Moho面隆起区域, 在东川地区存在一个大概与之平行的Moho面凹陷. 另外, 云南地区地壳上地幔S波速度结构存在明显的横向不均匀性, 有的地区不但在上地壳10.0 ～ 15.0 km范围内存在低速层, 而且在下地壳30.0 ～ 40.0 km之间还存在低速层. 地壳泊松比整体偏高, 但与地壳的速度结构有较好的对应关系, 在这样一个高泊松比的背景上仍呈现出了明显的块体分布特征. 综合分析速度结构和泊松比分布, 发现在以小江断裂为东边界, 玉龙雪山断裂为西边界的"川滇菱形块体"上, 除了地震活动十分频繁外, 还具有高泊松比和复杂的壳幔速度结构特征. 这一特征与周边地区存在明显的差别, 这将为深入研究青藏高原岩石圈物质东向流动提供了地球物理学证据.     

云南的地壳S波速度与泊松比结构及其意义

利用远震三分量宽频数字记录获取了云南地区23个台站下方的体波接收函数, 以此反演得到云南地区的地壳S波速度结构与地壳泊松比的分布特征. 结果表明, 云南地区地壳厚度从北到南逐渐减小, 西北端的中甸地壳厚度可达62.0 km, 而最南端的景洪仅为30.2 km. 特别值得注意的是在楚雄地区存在一个近乎南北向走势的Moho面隆起区域, 在东川地区存在一个大概与之平行的Moho面凹陷. 另外, 云南地区地壳上地幔S波速度结构存在明显的横向不均匀性, 有的地区不但在上地壳10.0~15.0 km范围内存在低速层, 而且在下地壳30.0~40.0 km之间还存在低速层. 地壳泊松比整体偏高, 但与地壳的速度结构有较好的对应关系, 在这样一个高泊松比的背景上仍呈现出了明显的块体分布特征. 综合分析速度结构和泊松比分布, 发现在以小江断裂为东边界, 玉龙雪山断裂为西边界的“川滇菱形块体”上, 除了地震活动十分频繁外, 还具有高泊松比和复杂的壳幔速度结构特征. 这一特征与周边地区存在明显的差别, 这将为深入研究青藏高原岩石圈物质东向流动提供了地球物理学证据.     

云南宾川地区的地壳厚度和泊松比分布特征研究

利用宾川主动源项目16个地震台站2011年9月～2014年1月期间记录的5.8级以上远震波形资料, 提取各台站下方的P波接收函数, 并据此计算、 分析宾川地区地壳厚度变化情况和泊松比分布特征。 高空间分辨率的结果显示: 宾川地区平均地壳厚为45.3 km, 地壳厚度呈“北深南浅”、 “西浅东深”的特征。 地壳厚度最深的是小银甸, 47.9 km, 最浅的是排营台, 42.1 km, 两者相差5.8 km。 程海断裂附近Moho面较深, 红河断裂附近Moho面较浅; 程海断裂附近地壳厚度变化较明显, 红河断裂附近变化较缓。 从泊松比的分布情况来看, 研究区内泊松比分布是不均匀的, 自南向北存在较大差异, 呈“北低南高”的特征。 红河断裂附近, 泊松比属于中高(0.26≤σ≤0.29), 程海断裂附近, 泊松比较低(σ≤0.26)。 泊松比分布特征和地壳厚度相反, 表明宾川地区的增厚方式主要由上地壳增厚所致。     

川滇地区速度结构的区域地震波形反演研究

利用云南数字地震台网的区域地震波形资料，对川滇地区的地壳上地幔速度结构进行了初步研究. 结果表明，川滇地区上地幔顶部P波速度较小，约78 km/s，P波速度在上地幔表现为较小的正速度梯度，S波在100～160 km深度范围内表现为弱低速层. 对于较短的观测路径，不同路径的平均P波和S波速度存在明显的横向变化. 与川滇菱形块体内部的速度结构不同，在块体边界附近可以观测到比较明显的上地壳低速层，我们认为它可能与块体边界的断裂带有关；川滇菱形块体内部存在的下地壳低速层，有利于块体向南滑动，而中上地壳没有明显低速结构，可能表明川滇菱形块体向南滑动的解耦深度至少在下地壳. 根据不同路径的反演结果，给出了云南中部地区地壳内部的平均速度结构.     

青藏高原东南缘岩石圈有效弹性厚度及其构造意义

本文利用三维有限差分方法,基于EIGEN6C4布格重力异常和SIO V15.1地形数据,计算了青藏高原东南缘岩石圈有效弹性厚度.结果表明:青藏高原东南缘岩石圈有效弹性厚度为0~100 km,四川盆地和喜马拉雅东构造结岩石圈有效弹性厚度最大,达50~100 km;巴颜喀拉块体东部、川滇菱形块体大部、滇西等地区岩石圈强度弱,有效弹性厚度一般小于15 km;羌塘块体东部的玉树—德格附近地区岩石圈有效弹性厚度大于40 km;滇南地区岩石圈有效弹性厚度为10~30 km,大于云南北部地区.研究区域有效弹性厚度分布特征与岩石圈结构关系密切.四川盆地、喜马拉雅东构造结地区内部结构稳定,因而岩石圈强度大.川滇菱形块体等岩石圈有效弹性厚度小的地区与壳内低速、低阻/高导层分布有很好的对应关系,推测壳内岩石的部分熔融软化可能是造成高原东南缘岩石圈强度较弱的重要原因.羌塘块体东部的局部高力学强度岩石圈则可能是高原形成过程中的残留克拉通.根据本文计算的岩石圈有效弹性厚度特征,结合地震学、大地电磁等研究成果,认为青藏高原物质向东南缘挤出后受四川盆地等阻挡,造成下地壳软弱物质在理塘—稻城—丽江一带堆积,少部分物质可能穿过鲜水河断裂带的康定—道孚地区向北运动,但大部分物质向南运动,在受到滇南块体阻挡后一支流向西南的腾冲方向,另一支流向东南的攀枝花—东川方向.     

滇西北地区地壳厚度与泊松比分布及其意义

利用滇西北地震亚失稳观测实验区43个密集观测台站记录的2018年4月5日—12月30日远震三分量波形数据,计算并分析滇西北地区的地壳厚度和泊松比变化情况。结果表明:①研究区的地壳厚度总体呈现北深南浅的变化特征,且形成以云龙、蝴蝶泉—阳和、岩曲—羊窝棚—哨横为中心的3个莫霍面隆起区,在26°N附近形成一个向南的舌状突出,呈现两隆两凹状的莫霍面结构;②研究区泊松比为0. 209～0. 328,整体被2条对角线分隔呈四象限分布,北、南两区是高泊松比(σ 0. 28)地区,推测地壳物质富含铁镁质成分,西、东区为低泊松比(σ0. 26)区域,地壳物质可能富集长英质成分;③云龙、蝴蝶泉—阳和以及南涧—红土坡地区的高泊松比(σ 0. 3)可能是上地幔物质底侵致使下地壳物质部分熔融引起;维西—乔后—巍山断裂北段的通甸—建基村,其与龙蟠—乔后断裂交汇的丰乐—禾头,以及维西—乔后—巍山断裂中段的脉地—紫阳村—瓦窑—太邑—岔河,是泊松比高梯度带,具备发生中强以上地震的孕震环境。     

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.     

利用接收函数研究河南及邻区的地壳深部构造特征

本文利用接收函数反演了河南及邻区26个宽频带地震台站下方的地壳厚度和波速比。研究结表明:河南省地壳厚度及泊松比分布与地质构造密切相关。主要表现为:(1)太行山断块,地壳厚度由东向西逐渐递增,地壳深度范围为31.8~40.2km,区域东北部永年台及附近台站泊松比为0.23~0.25,与较大范围的花岗岩分布有关,主要是石英、长石含量高,焦作台、涉县台、浚县台泊松比为0.26~0.27,表明铁镁质和长英质成分含量相当。(2)东部黄淮海平原块地,地壳厚度为28~34km,其中驻马店台、尖山台和浚县台,地壳厚度分别为30.5km、34.9km和31.8km,该地区泊松比变化范围比较稳定,数值在0.24~0.25之间。(3)在秦岭地块断裂活动强烈,卢氏台下方的地壳厚度为38.4km、泊松比为0.23,反映出燕山运动使该地区地壳盖层产生了褶皱台隆和地幔酸性岩浆的侵入活动。南阳盆地北部地壳厚度反演结果为28.8km,泊松比为0.29,泊松比升高,表明以中性、基性岩石为主,地壳岩石中铁镁质成分明显增加,是由于地幔物质深度侵入改变了部分地区的岩石性质。(4)大别山地块位于苏鲁-大别超高压变质带,由大别山北部的商城台向南至大别山地块内的金寨台存在地壳厚度梯度带,地壳厚度从31.8km增加至35.8km,而泊松比由0.27下降到0.24,反映出陆相褶皱带内的逆冲推覆构造的显著特征。     

川滇地区重力异常的小波分解与解释

利用小波变换方法对四川云南及周围地区的布格重力异常进行分解. 在计算中选用具有正交完备性并有较好对称性及较高消失矩的小波函数把重力异常分解为两部分. 用功率谱方法对分解后异常进行分析,可知其分别表示地壳内部和更深部的密度变化. 两部分异常显示出川滇地区深部与浅部的构造差异. 浅层重力异常的密度填图表明:① 四川盆地地壳密度较高,松潘——甘孜造山带密度较低;② 康滇菱形块体的密度是不均匀的;③ 康滇菱形块体的边界断裂具有不同的密度特征,显示出不同的构造性质. 深部重力异常的密度填图显示出与浅部相似而又不同的密度分布特征,表明川滇地区浅部与深部构造作用有所不同,两者之间可能是不完全解耦关系. 本文结果还表明,地震分布不仅受断裂构造控制,也与深部密度变化有关.      

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.     

川滇地区下地壳流动对上地壳运动变形影响的数值模拟

根据活动断裂分布和区域流变结构建立川滇地区三维有限元模型， 采用上地壳为弹性介质，下地壳和上地幔为Maxwell体的粘弹性模型，模拟川滇地区地壳现今运动和应力分布，探讨川滇地区地壳运动变形的动力学机制. 通过4种不同边界条件和深度分层结构有限元模型的计算结果的对比，认为川滇地区绕喜玛拉雅东构造结顺时针旋转的地壳运动模式主要受川滇地区特殊的边界动力作用控制，川滇菱形块体下地壳流动对上地壳的拖曳作用亦不容忽视. 同时，川滇地区各块体的现今地壳运动场和应力场还受到区域主要活动断裂带的影响， 呈现分块特征.      

云南地区的短周期面波相速度层析成像研究

利用云南数字地震台网23个台站记录的短周期（1~18 s）面波资料，用双台窄带通滤波互相关方法，测定了在209条路径上的基阶瑞利波相速度频散曲线，并通过层析成像反演得到各周期的相速度分布图象. 给出了沿24N，25N，26N及27N和100.5E的相速度频散剖面图. 结果表明:云南地区的相速度分布图象具有强烈的横向变化，短周期段的相速度分布与沉积层厚度密切相关，中甸、丽江东部区域在约25 km深度存在着明显的低速层，而畹町、云县、思茅一带在该深度范围是一明显的大面积高速区域. 小江断裂与红河断裂围成的川滇菱形块体南段为低相速度区域. 云南地区强震震中位置主要分布在相速度高速与低速过渡的区域.      

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.     

珠江三角洲芦苞—佛山—中山—三乡断面的地壳结构——密集台阵勘探新成果

为了研究珠江三角洲核心地区中深部地壳结构,在芦苞—佛山—中山—三乡地区开展了密集台阵勘探工作,使用接收函数方法处理反演,获得珠江三角洲核心地区40 km以浅Vs速度结构.结合研究区的地质、重力异常特征对反演成果分析获得初步成果:珠江三角洲地区地壳结构可分为上地壳、中地壳、下地壳和上地幔四个大层位,上地壳厚度在临海一侧变厚,在中山三乡镇一带,厚达14 km;莫霍面隆起、上地幔物质侵入下地壳和高密度岩浆侵入上地壳这个三个因素共同导致研究区重力异常高;获得了沿线中深部断裂构造空间展布特征信息,速度结构和断裂构造具有较好的相关性;沿测线地壳在15～20 km深的深度上不存在低速层;三水盆地基底深度在3 km左右,与该地区沉积层厚度一致;莫霍面深度北深南浅,深度在27.5～30 km之间,其波速特征明显,由3.6 km/s突变为4.1 km/s.     

鲁西隆起地壳厚度和泊松比及其地质意义

鲁西隆起是华北克拉通东部重要的伸展构造,为分析鲁西隆起地区地壳结构特征,本文通过选取2010-2013年鲁西隆起及周边地区28个地震台站记录的102个远震波形(MS6.0、震中距30°~90°),利用远震接受函数方法获得各台站下方的地壳厚度、泊松比值,结果显示:鲁西隆起地区地壳厚度值大致在29.9~36.1km之间,地壳厚度最小的区域位于北部地区,总体表现为南北向的变化特征,向南逐渐增大;相反,鲁西隆起北部地区的地壳平均泊松比值最大,向南逐渐减小.根据地壳厚度、泊松比分布特征,本文认为鲁西隆起地区的地壳结构特征是由地幔的主动上涌及对地壳的热侵蚀作用造成,这在北部地区表现最为典型.鲁西隆起伸展构造的形成是华北岩石圈减薄过程中地壳响应的结果,表明中生代华北岩石圈减薄过程存在明显的热侵蚀作用.     

利用远震P波接收函数研究中国福建地区地壳厚度和泊松比

地壳厚度和泊松比是反映地壳结构和内部物质组成的重要参数,能够为区域构造和动力学研究提供重要依据.本文基于福建地区分布相对均匀的88个测震台2014—2017年的远震波形数据提取P波接收函数,采用H-κ叠加获得台站下方的地壳厚度和泊松比,并与该地区已有的研究结果进行对比、分析及整合,最终获得了研究区117个观测台站下方的地壳厚度和泊松比,揭示了中国福建地区地壳结构和泊松比变化特征.结果显示:(1)研究区内地壳厚度整体较薄,在27.4~34.3 km之间,平均值为31.4 km.地壳厚度从西北往东南减薄,具有明显条带和块状特征,与地壳主要深大断裂的分布有一定相关性.本文以更为密集的台站结果进一步验证了研究区具有由陆壳向洋壳逐渐减薄的过渡特征,并揭示了地壳新的局部起伏.这也意味着福建地区从内陆到沿海并非线性减薄,存在小尺度横向非均匀性.(2)研究区内泊松比平均值为0.25,范围为0.20~0.30,北部整体偏高,南部整体较低,泊松比分布特征与该区地壳物质组成和矿物含量密切相关.沿海地区泊松比明显高于内陆地区,推测与沿海地区较高的热流值和幔源物质底侵过程有关.(3)地壳厚度与泊松比成负相关,推测在地壳伸展背景下,古太平洋板块俯冲华南大陆,幔源物质进入地壳,在造成莫霍面抬升的同时提高了泊松比.     

按方位叠加接收函数分析青藏高原东南缘的地壳各向异性

在各向异性地壳中,来自Moho的P-to-S转换波(Pms)的到时不仅取决于入射角和地壳厚度,而且还随地震事件方位角而变化.地处青藏高原东南缘的川滇地区,地壳变形十分强烈.本文利用川滇地区的108个固定台站记录的远震三分量地震波形数据提取台站下方的P波接收函数,并把接收函数被校正到了同一参考震中距处(例如67°).然后按后方位角10°为间隔将接收函数叠加成一道信号以增强信噪比,并从叠加信号里拾取不同后方位角对应的Pms相的观测到时.在快波极化方向和分裂时间构成的解的平面上,能使观测到时与理论到时之差最小的点即为所求的分裂参数的位置.合成地震图和实际观测数据的实验表明,这个方法不但稳定性较好,而且误差估计也较小.我们从108个台中获得了96个Pms相的分裂参数,结果表明,川滇地区地壳各向异性十分强烈,Pms相分裂时间在0.05s±0.06s到1.27s±0.10s之间,平均值为0.54s±0.12s.地壳各向异性的快波极化方向与地表GPS速度场的差异性表明,印支块体的上下地壳之间是解耦的,而川滇菱形块体北部、松藩—甘孜和四川盆地的上下地壳之间是耦合的.然而,川滇菱形块体南部,地壳变形主要受控于小江断裂和金沙江—红河断裂.     

川滇地区地壳上地幔三维速度结构研究

根据云南和四川地震台网174个台站记录的4625个区域地震初至Ｐ波和Ｓ波走时资料，并结合其它深部地球物理资料，确定了川滇地区地壳上地幔三维速度结构．在上地壳速度异常分布中，四川盆地为正异常，川西高原为负异常，龙门山断裂带为正、负异常的边界．龙门山断裂、鲜水河断裂以及红河断裂等，在下地壳和上地幔的速度异常中仍显示出构造分界特征，说明它们可能穿透了莫霍界面．腾冲火山区和攀西构造带在50km深度上呈现负速度异常，与上地幔温度和物质组成的差异相联系．川滇地区地壳结构的总体特征是:地壳和上地幔的低平均速度，地壳厚度变化剧烈，地壳和（或）上地幔存在高导层、高热流值．这些同印度板块与欧亚板块碰撞的构造背景有关．川滇菱形块体在地壳内总体上为正常或正异常速度，而其边界的深大走滑断裂存在负速度异常，它有助于地壳块体沿断裂的侧向挤出．在主要的地震带上，中下地壳的负速度异常与地震活动性相关．多数强烈地震发生在具有正速度异常或正常速度分布的上中地壳深度上，而其下方则通常是负速度异常带．