2016年门源M_S 6.4地震震区地壳厚度及波速比研究

收集2015年宁夏、甘肃和青海地震台网63个三分量地震台站观测到的远震波形数据,使用H-k扫描法研究了区域地壳厚度和平均波速比。地壳厚度分布清晰地展示出自东向西地壳厚度不断增加的趋势,并伴随着2个地壳深度梯度带。研究区域平均地壳厚度为50.8 km,显著高于大陆地壳平均厚度;平均波速比为1.73,对应泊松比为0.25,略低于大陆平均泊松比(0.265)。分析认为研究区域中东部地壳增厚主要发生在上地壳,长英质岩石含量增加使整体泊松比下降。某些区域表现出超高的泊松比,推测这些区域可能存在岩石部分熔融现象。古浪大地震、海原大地震和这次门源地震都发生在泊松比梯度带和地壳厚度梯度带泊松比较低的一侧。     

中国东北-华北地区地壳厚度与泊松比及其地质意义

本文通过收集和综合分析已有的接收函数H-k研究结果,给出了中国东北-华北地区的地壳厚度与波速比/泊松比分布图.本研究表明该区地壳最薄的地方出现在松辽盆地和华北平原地区（28~35 km）;大兴安岭、燕山-太行地区的地壳厚度介于36~45 km范围,其中燕山造山带地壳厚度由东向西逐渐增加;而最厚的地方则出现在鄂尔多斯盆地西南缘（~55 km）.研究区平均波速比为1.76±0.05,较全球大陆平均值明显偏高,这可能与中、新生代以来该区显著的岩石圈减薄与破坏过程相关.其中地壳波速比最高的地方出现在山西地堑、长白山、大同-张家口等新生代火山区,意味着这些地区可能具有较高的地壳温度或存在广泛的壳内部分熔融.本文研究显示,大兴安岭造山带地区地壳厚度与波速比/泊松比成负消长关系,推测大兴安岭在形成过程中,地壳的增厚以长英质上地壳增厚为主.与大兴安岭地区不同,松辽盆地及周边地区地壳厚度与泊松比没有明显的相关性,表明松辽盆地可能具有复杂的形成与演化过程.     

河北邯郸-邢台地区波速比和泊松比分布特征研究

根据多台和达法,利用邯郸—邢台地区9个数字地震台的观测数据研究了该区波速比和泊松比分布特征.结果显示:(1)9个小区域波速比值在1.696～1.737之间,相关系数在0.988 3～0.999 1之间,研究区平均波速比值为1.719,平均泊松比值为0.244,所得泊松比值与研究区内地壳介质以花岗岩为主一致.(2)研究区内波速比和泊松比变化比较复杂,反映了区内上地壳介质性质的不同乖地质构造的复杂性.     

腾冲火山区的地壳厚度和平均泊松比研究

腾冲是青藏高原东南缘重要的第四纪火山活动区域,全新世以来的火山主要集中在腾冲盆地的中央,由北向南形成一个串珠状的火山链.为了深入探索这一火山区的深部结构和岩浆活动特征,我们在腾冲北部开展了为期一年的流动地震观测,利用接收函数方法计算了台站下方的地壳厚度、平均波速比和泊松比,研究结果揭示出测线下方地壳结构与岩浆活动及火山分布的对应关系.测线北部7个台站的地壳厚度在35.4~37.6 km之间,平均波速比为1.82~1.92、泊松比为0.28~0.31,其中马站附近莫霍面抬升幅度最大,与相邻地区莫霍面深度相差1~2 km,平均波速比和泊松比也达到最大值.相比之下,测线南端两个台站的地壳厚度接近40 km,平均波速比和泊松比仅为1.61~1.64和0.18~0.20,与测线北部7个台站的地壳结构相差甚大.分析表明地幔上涌对火山区莫霍面的局部抬升产生了一定影响,火山湖、黑空山、大-小空山和打鹰山下方应该存在一个相互联通的壳内岩浆囊.该岩浆囊在南北方向上的尺度约为20 km,热流活动以及幔源物质的侵入是地壳平均波速比和泊松比偏高的主要原因,它与热海附近的地温异常区分属两个不同的壳内岩浆存储系统.     

晋冀蒙交界地区的地壳厚度与泊松比特征

根据晋冀蒙交界地区固定台和流动台共计78个台站记录的高质量远震资料, 得到了共计6978个接收函数, 反演了晋冀蒙交界地区的地壳厚度与波速比结果。 结果显示, 研究区的地壳厚度在31~45 km, 变化幅度较大, 具有由东向西逐渐加厚的横向变化, 并且沿着东南—西北方向有渐变特征。 台站下方地壳速度比在1.63~1.90, 对应的泊松比在0.18~0.31, 具有明显的分块特征。 波速比相对较高的地区多为沉积盆地断陷中心地带及附近区域, 波速比较低的区域分布在太行山脉中段与吕梁山地区等隆起区域附近。 大同火山区波速比高于周边地区, 是火山剧烈活动引起地幔物质上涌的反映。 太行山山前断裂带附近的台站下方地壳平均速度比呈现由北向南逐渐减小的特征, 表明此区域地壳分层结构明显, 同时也反映了平原地区与山脉地区的地壳介质成分的差异。     

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。     

呼和浩特-包头地区平均波速比研究

内蒙古呼和浩特-包头地区地质构造复杂,历史上曾发生多次6级以上强地震。本文选取该地区做为研究对象,根据2001年1月1日～2010年4月30日ML≥1.0地震的空间分布和研究区域的台网布局,划分出2个子区域,每个子区域控制在3°×2°的空间范围内,分别计算了各个子区域的平均波速比,并对比分析其时间和空间变化。计算结果表明,各个子区域的平均波速比曲线随时间而变化的幅度相差不大,基本维持在2.5%～2.584%之间;呼和浩特地区的平均波速比为1.722,明显低于包头地区的平均波速比1.733,初步推断与呼和浩特地区的断裂构造分布及地下介质性质有关。     

中国华南地区地壳厚度与波速比分布特征及其地质意义

本研究利用中国国家地震台网336个固定地震台站记录的远震波形资料,通过P波接收函数H-κ分析估算了中国华南地区的地壳厚度和地壳平均波速比.研究结果显示,地壳厚度约为25~46 km,整体表现西深东浅的变化特点.研究区地壳厚度变化分别与布格重力异常和地形呈现负相关和正相关.扬子块体东部显示较低地壳波速比(<1.7)可能与地表沉积岩的存在相关.四川盆地内部的平均地壳波速比(约1.71~1.8)与全球大陆地盾/克拉通地区相当.但其周围地区地壳平均波速比明显增高(1.81~1.95),推测可能是克拉通形成过程中岩浆的底侵引起下地壳组分以铁镁质麻粒岩为主.华夏块体西部表现为薄的地壳厚度和低的地壳平均波速比(1.65~1.75),暗示该区基性下地壳物质的缺失可能与增厚的地壳发生拆沉有关.华夏块体东南段呈现出较高的地壳平均波速比(约1.77~1.86),地壳组成以中基性铁镁质为主,推断可能与晚中生代铁镁质岩浆底侵作用密切相关.     

接收函数的H-k方法及其应用

接收函数的H-k方法是研究地球内部结构的重要方法,由于接收函数不依赖于震源参数,可以更为精确地确定观测台站下方的地壳结构;同时H-k方法简单明了,可以利用深度-波速比扫描同时获取台站下方的地壳厚度及地壳内部的波速比或泊松比。本文利用H-k方法,对桂东北地区的宽频带地震流动台网观测数据的地震数据进行应用,结果表明该区的地壳厚度变化大（28~34 km）,而且地壳内部的波速比（1.801~1.897）或泊松比（0.277~0.308）较高,与桂东北地区的基性、超基性岩大片出露的事实相吻合。      

用接收函数方法研究中国境内地壳结构

利用中国数字地震台网30个台站的高质量宽频带远震数据,采用H-k叠加搜索法对中国境内的地壳结构进行研究,获得了研究区内的地壳厚度和v_P/v_S分布特征.结果表明, 中国境内的v_P/v_S值介于1.6—1.9之间,地壳厚度变化剧烈,在29—81 km之间.100°—110°E之间存在一个地壳厚度陡变带, 将中国分为东西两个部分.东部地壳厚度相对均匀,为31—36 km, 西部地区地壳厚度相对较厚且变化较大,中部地区地壳厚度为34—49 km.总的看来,青藏高原地区地壳最厚,可达81 km;天山、准噶尔盆地和内蒙古地区地壳厚度次之;华南地区地壳最薄.另外,中国大陆地壳平均波速比为1.738(σ=0.253),比全球大陆平均波速比1.78(σ=0.269)低.较低的波速比可能暗示中国境内地壳低速层的存在或者铁镁质成分的缺失.      

青海东北部地区地震直达波波速比及视速度测定与研究

利用青海数字地震台网观测报告,采用多台和达法,测定青海东北部地区2009年1月—2014年12月地震直达波波速比和视速度值,结果显示:1 5个子区域A1—A5平均波速比分布在1.686—1.705;平均P波视速度为5.979—6.022 km/s;平均S波视速度为3.535—3.579 km/s;2波速比和视速度的复杂变化特征,反映了研究区地壳介质及地质构造的复杂性及地震射线路径对结果的影响。     

利用接收函数研究邯郸及周边地区地壳结构

选取邯郸地震台网记录的高质量远震波形数据资料,利用H—Kappa叠加搜索方法得到晋冀鲁豫交界地区(35.0°—38.0°N,112.5°—116.5°E)地震台站下方接收函数、地壳厚度和泊松比分布特征。结果显示:晋冀鲁豫交界地区地壳厚度变化具有明显区域分布特征,以太行山脉为界,以西附近地区地壳厚度约38—41 km,以东的邯郸、邢台、河南地区地壳厚度约31—34 km,而山东地区地壳厚度略有增加,范围约32—35 km,总体呈现自西向东逐渐减薄的规律;泊松比均值约0.251,与以往研究结果相当。     

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。     

基于远震P波接收函数研究江苏地区地壳厚度和泊松比

根据江苏数字地震台网32个宽频带地震台站记录的远震波形资料,使用时间域反褶积的方法提取P波接收函数,由H-K叠加搜索方法反演得到各台站下方的地壳厚度和泊松比。结果表明:①江苏地区地壳厚度整体呈现自东向西增厚趋势,具有明显的空间分布特征,与该区地质构造背景有较好的对应。主要表现为:苏鲁造山带地区地壳厚度高于其周边地区;华北板块的地壳厚度变化比较平缓,主要为32～33 km;下扬子板块地区的地壳厚度变化较大,为27～34 km,位于该区中东部大陆边缘地区的台站下方平均地壳厚度约为28 km。②研究区泊松比为0.22～0.28,受高压和超高压变质岩带影响,苏鲁造山带及周边地区的泊松比较高;下扬子板块的茅东断裂及周边地区的泊松比变化明显,呈高低相间分布,且泊松比高值区及变化明显区与地震活动性具有一定的关系。     

东北地区地壳结构研究

本文通过对中国东北地区的141个宽频带地震台站下方接收函数的H-Kapaa叠加分析,获得了研究区地壳厚度与平均波速比.结果显示,东北地区的地壳厚度总体偏薄,波速比变化也相对复杂,地壳厚度存在相对明显的东西向差异,揭示了该区域地壳在中—新生代可能存在着破坏和改造过程.HKapaa叠加结果所得到的地壳泊松比值较大,很有可能该区域由于其自身的地壳结构复杂性和紧邻太平洋板块前缘从而在中新生代遭受到了与太平洋板块俯冲相关的更为强烈的地壳减薄或幔源物质上涌.内蒙古东部地区大兴安岭造山带地区、及向东南方向的佳木斯地块、兴凯地块、长白山地区的地壳厚度较厚,厚度范围在34 km至37 km之间,对应的泊松比平均值为0.311,海拔高度范围在0.24 km到1.515 km之间.在依兰-伊通断裂带和敦化-密山断裂带之间的吉林地区和长白山西南侧的地壳厚度偏薄,厚度分布多都在29 km至36 km之间,对应海拔高度范围在0.05 km到0.775 km之间.辽东地区和下辽河平原地壳厚度也很薄,通过地壳厚度分布图我们不难看出在该区域内地壳厚度变化程度之复杂,地壳厚度范围在29 km至34 km之间,泊松比主要变化范围在0.245到0.291之间,小兴安岭褶皱带和张广才岭地区的地壳厚度范围大约为30 km至32 km之间,泊松比数值较大变化范围在0.283到0.311之间.华北北缘燕山带地壳厚度和泊松比复杂的变化特征显示,该地区可能受到中亚造山带增生和太平洋板块俯冲的共同影响,从而发生了更为复杂的地壳改造形变.东北地区构造演化与东北亚地区地幔软流圈上涌与西太平洋板块俯冲有着密切的相关.东北地区的岩浆活动在矿产与油气资源的形成过程中起着提供物源和深层控制作用.     

安徽及邻区平均波速比的测定及研究

将安徽及邻区(29°~36°N,114°~124°E),按1°×1°分成70个区,依据中国地震局分析预报中心编制的1998年1月1日至2003年12月31日全国地震月报目录,采用单事件多台观测资料,在所分区域里进行平均波速比值的计算,结果在其空间分布图像中显示了一定的特征。这些特征可能与地质构造环境即地质构造所形成的断裂带两侧的介质特性差异有关。计算所得的各区平均波速比对以后波速比值的变化分析有一定的参考作用。     

利用远震接收函数研究安徽及周边地区地壳结构和各向异性

为了研究安徽及周边地区的地壳精细结构及其动力学变形机制,本文利用中国地震台网50个固定台站记录的远震波形数据,采用"水准量"反褶积法提取P波接收函数,采用H-κ叠加技术和莫霍面Ps横波分裂技术,获得了各台站下方的地壳厚度、纵横波速比和地壳各向异性信息.H-κ叠加结果显示:研究区域的地壳厚度和纵横波速比在空间分布上均存在明显的区域特征.华北地块地壳厚度较薄,平均厚度约29 km,且相对平坦,波速比较高,表明地壳中镁铁成分居多.大别造山带地壳较厚,平均为33.1 km,但波速比变化较大.造山带主体波速比约为1.75甚至更低,是长英质-中性岩石特征,与造山带中下地壳拆沉有关,而造山带北部的六安断裂带出现的高波速比与局部岩浆活动产生的基性火山岩有关.扬子地块地壳厚度介于前两者之间,平均为31.5 km,波速比局部特征明显.黄山区域波速比为1.79,反映了该区域中酸性花岗岩特征.地壳各向异性结果显示:整个研究区域的分裂时间为0.2～0.6 s.华北地块横波快波方向总体为NW-SE向,与SKS分裂方向和GPS方向一致,表明壳幔变形方向一致,再结合华北块体地壳厚度较薄和高波速比,推测华北地块在拉张应力下,上地幔物质上涌,侵蚀下地壳,导致地壳变薄和火山岩成分增多.大别造山带区域的快波方向表现为NW-SE向,这与SE向的中下地壳塑性流动或多期的拆离折返构造事件吻合.郯庐断裂带附近的快波方向为NE-SW甚至N-S向,反映了该断裂带在其东西两侧挤压作用下,近南北向拉张运动.     

利用接收函数方法研究中国东北东南部地区不同构造体的地壳特征

基于我们布设的探测深俯冲的中国东北地震台阵NECsaids台阵和固定地震台长时段的观测记录及NECESSArray流动台阵共计152个台站数据提取得到的33752条P波接收函数,采用H-κ叠加分析和共转换点（CCP）叠加成像等方法进行统一分析处理,并汇集他人接收函数研究结果得到中国东北东南部地区迄今为止最高分辨率的地壳厚度和平均波速比分布图像.对中国东北东南部地区不同构造体的地壳特征综合分析研究表明：研究区不同陆块的地壳属性存在明显差别,张广才岭地块中南部的地壳厚度和波速比与华北克拉通东北缘相当,地壳厚度同地表地形之间显示有明显的正相关关系;松辽地块东南缘地壳最薄、波速比最高,地壳厚度同壳内波速比之间显示出明显的负相关关系;兴凯地块西部地区的地壳结构表现为稍厚的地壳厚度和研究区内最低的壳内波速比,其地壳厚度同壳内波速比之间亦显示出明显的负相关关系;佳木斯地块西南缘在具有"正常"的壳内波速比同时地壳最厚.研究区内的郯庐断裂带北延段在切穿其下Moho面的同时表现出南北分段的特征：北段（44.4°N—47°N）两分支之下的Moho面整体下凹,而南段（41.5°N—43.3°N）两分支之下的Moho面则整体上隆.长白山天池火山下方表现为Moho面下凹沉落及高壳内波速比特征,推测其壳内岩浆囊很可能存在于火山口东北隅至少10 km的范围内.     

巽他大陆及其邻区的地壳结构及其构造意义:来自远震接收函数的约束

巽他大陆位于欧亚板块、印度—澳大利亚板块和太平洋板块俯冲汇聚区域,其地壳结构特征是揭示洋陆过渡带演化及物质能量交换机制的重要依据.本文对巽他大陆及其周缘 19 个宽频带地震台站记录的远震波形进行 P波接收函数分析和H-κ叠加处理,获取了每个台站下方的地壳厚度和平均地壳波速比信息.为了减少参数的主观选择对结果带来的不确定性,研究采用了多种参数组合、综合约束策略.将本文结果与前人 146 个宽频带台站接收函数的研究结果进行整合,我们获得了巽他大陆地区地壳厚度和平均地壳波速比分布,并统计分析了两者的相关性.结果显示:巽他大陆地壳总体较薄,平均地壳厚度约为32 km,远低于全球造山带平均值,而与全球拉张型地壳平均厚度较为接近,可能反映研究区地壳整体处于拉张应力状态;而呵叻高原盆地地区地壳相对较厚,平均约38 km,与周缘地区明显不同.火山弧地区平均地壳波速比普遍大于 1.81,甚至达 1.87以上,并且壳内广泛分布低速层,可能受到了火山弧地区熔融物质的影响;非火山弧地区平均地壳波速比则普遍小于 1.76,反映地壳组分以长英质成分为主;局部地区高于 1.81,甚至高达 1.99,表明地壳以铁镁质成分为主或存在部分熔融,可能与铁镁质岩浆底侵作用或地幔热物质上涌有关.中南半岛中西部、婆罗洲西北部和马来半岛中部莫霍面 Ps转换波和多次波不明显而且具有多峰特征,可能表明该区域经历了复杂的壳幔相互作用.巽他大陆地区地壳厚度和平均地壳波速比总体无明显相关性,说明上地壳和下地壳结构和成分横向变化复杂;但中南半岛内部呵叻高原附近和东南部火山区两者均呈负相关性,与周围地区明显不同.综合区域构造背景和其他多种地球物理观测,推测稳定的呵叻高原盆地阻挡了印支地块的侧向挤出,处于挤压应力环境并发生上地壳增厚;而东南部火山区则处于拉张应力环境并存在基性岩浆底侵,可能与地幔物质上涌有关.     

秦岭造山带与南北相邻地带远震接收函数与地壳结构

从2013年3月至2014年11月,我们布设了一条延川—涪陵的流动宽频带地震台阵,剖面由70个流动台站组成,全长约900km,穿越华北克拉通、秦岭—大巴造山带和扬子克拉通东北缘陆内三大构造单元.利用记录到的远震波形资料,提取得到5638个远震P波接收函数,使用H-κ叠加扫描和CCP偏移叠加方法刻划了秦岭造山带与南北相邻地带的地壳厚度、泊松比以及构造界带.研究结果显示,(1)关于地壳厚度:地壳最厚的区域出现在大巴山,地壳厚度集中在47~51km之间,秦岭的地壳厚度相对大巴山较薄,且呈向北减薄趋势,集中在37~46km之间,渭河盆地地壳厚度为本区域最薄地带,在34°N左右处达到最薄为35km,剖面北侧的南鄂尔多斯盆地的地壳厚度变化缓慢,多为44km左右,南侧的四川盆地东北缘的地壳厚度向南缓慢减薄,集中在42~48km之间;(2)关于泊松比:使用接收函数H-κ叠加扫描法得到了沿剖面各台站下方地壳的平均纵、横波速度比VP/VS(κ),进一步计算得到泊松比σ,泊松比具有明显的横向分块特征,秦岭造山带的泊松比明显低于南北两侧区域,其小于0.26的泊松比表征着该区域地壳物质组分主要为酸性岩石,亦即其酸性长英质组分上地壳相对于基性铁镁质组分下地壳较厚,该区域没有高泊松比分布则表明不存在广泛的部分熔融.(3)关于构造界带:秦岭—大巴造山带与扬子克拉通的边界并非在勉略构造带,应向南移至四川盆地的东北缘,华北克拉通和扬子克拉通分踞秦岭—大巴造山带南、北两侧,且分别以较陡倾角向南和相对较缓的倾角向北俯冲于秦岭—大巴造山带之下,使得秦岭—大巴造山带呈不对称状扇形向外扩展与向上抬升的空间几何模型.秦岭和大巴山之间33°N附近存在分界面,两区域地壳厚度与泊松比特征各异.