天山构造带地震各向异性及动力学机制研究进展

天山构造带及邻区的深部动力学机制是地球动力学研究的热点,而地震各向异性是区域构造深部动力学机制的一个重要性质。研究表明,天山构造带上地壳各向异性结果呈现区域性分区,受到构造带与断裂走向和区域应力影响;上地幔各向异性的结果认为快波偏振方向和构造带走向基本平行,但在伊塞克湖附近、塔里木盆地和准噶尔盆地挤压区域各向异性快波方向变化复杂,垂直方向上的变化可能由区域性双层各向异性引起,但局部复杂性原因有待进一步探讨。诸多研究支持天山构造带的地壳与上地幔垂直连贯变形机制。此外,地幔柱、软流圈变形、小尺度地幔对流等概念均被用来解释天山构造带的动力学背景,表明该地区的深部动力学机制非常复杂,需要更深入的探讨。     

利用前驱波研究地幔间断面的若干进展

地幔速度结构提供了地球内部热和化学状态及其构造演化历史的重要信息。对于地幔间断面的研究可以更清楚地了解地球内部温度分布特征和化学结构,并对确定地幔间断面成因及地幔对流模式等地球动力学问题具有重要的意义。地震学观测显示在410 km、660 km深度普遍存在速度间断面,并且在全球特定区域的上地幔(220 km、300～350 km、520 km、560 km)和下地幔(800～900 km、1 100～1 200 km、1 800 km、2 400 km)也有速度间断面的存在,不同区域地幔间断面的起伏可能受到温度、含水量、矿物相变及俯冲板块的影响。利用前驱波来研究地幔间断面具有独特优势,前驱波相比参考震相较早到达观测台站,从而避免其他震相的干扰,可以更准确地研究较弱的速度间断面。文章收集整理近些年来地震学家利用前驱波研究地幔间断面的成果,包括长周期反射震相SS或PP的前驱波、深震震相sP、pP的前驱波和地球表面反射震相PKPPKP(P′P′)的前驱波等,并对不同前驱波的特点及地幔间断面的相关研究成果进行总结。利用前驱波研究地幔间断面的方法已较为成熟,及时收集总结相关的研究成果对认识地球内...     

华北克拉通非均匀破坏的动力学原因:来自地震学和地球动力学的约束

关于华北克拉通破坏的原因和机制,学术界目前普遍接受的观点是由古太平洋板块俯冲及其触发的地幔流动、熔/流体的强烈交代改造导致,但其具体的动力学作用过程还不明确,是现阶段克拉通破坏研究的主要内容.文章总结了华北克拉通地区密集地震台阵探测获得的深部结构图像和地球动力学数值模拟实验结果,获得以下认识:华北克拉通下方地幔转换带的纵、横波速度及速度比扰动的小尺度空间变化特征是太平洋板块存在非均匀脱水的证据;俯冲板块引发了地幔转换带的湿上升流,导致克拉通下方上地幔熔/流体的非均匀分布,在地震波速度上表现为小尺度异常分布特征;密集地震台阵探测揭示上地幔速度结构和变形的非均匀特性,是华北克拉通岩石圈变形的应变集中效应和非均匀分布熔/流体破坏岩石圈的综合作用结果.如果大洋板块俯冲非均匀脱水、熔/流体非均匀分布在早白垩世就已经发生,那么它与华北克拉通岩石圈地幔之间的相互作用可以是华北克拉通非均匀破坏的动力学机制.这个推测对于进一步协调和解释华北克拉通地区多学科观测证据具有重要意义.     

利用核爆炸的地震记录研究中国大陆上地幔衰减特性

本文根据二个阿留申群岛核爆炸事件在中国大陆地震台站的记录,运用广义射线方法,测定了其相应的t~*值,为了解中国大陆地壳与上地幔地震波衰减与介质特性提供一重要参数。并就t~*值在中国大陆区域的分布特征及其构造意义作了探讨。同时讨论了t~*值的测定在确定核爆炸当量上的应用。     

蒙古-贝加尔地区上地幔小尺度对流及 地球动力学意义

上地幔小尺度对流是控制区域地球动力学过程的主要机制之一,蒙古-贝加尔地区的一些区域动力学过程被认为与上地幔小尺度对流相关.本文目的在于利用重力资料研究蒙古-贝加尔地区的上地幔小尺度对流,并探讨其与构造动力学的关系.基于区域均衡重力异常与上地幔小尺度对流的相关方程,本文利用区域均衡重力异常资料反演了蒙古-贝加尔地区上地幔小尺度对流流场及作用于岩石层底部的应力场.结果显示,蒙古-贝加尔地区地幔流场及对流应力场呈现非常复杂的图像,流场及应力场分布与地表构造具有很好的相关性.西伯利亚地台和蒙古褶皱带下地幔流场和对流应力场均较弱,这与这些地区现今较弱的构造活动性是一致的.贝加尔裂谷区下存在地幔上升流,对流应力场呈拉张状态,但应力场的幅值较小(约8 MPa),表明地幔对流不是贝加尔裂谷开裂的主要控制因素.Hangay高原、阿尔泰和戈壁-阿尔泰下存在地幔上升流,对流应力场为拉张状态,这一方面可能构成Hangay高原隆升的深部动力机制,另一方面,也为Amurian板块西边界划分提供了动力背景.     

下扬子及周边地区深部泊松比结构及深部动力过程约束研究

下扬子及周边地区存在着丰富的地质构造和多金属矿产资源,其深部结构和动力学过程已成为地学界研究的热点.为了更好地讨论下扬子及周边地区的深部动力学过程和岩浆活动机制,本文基于均匀网格层析成像方法提出了非均匀网格远震层析成像方法,利用大量的天然地震相对走时残差数据反演获得了下扬子及周边地区深至700 km范围内的三维S波和P波速度结构,并根据纵横波的比值关系计算出泊松比异常.由于S波速度比P波对流体的反应更加敏感,所以泊松比异常反映了物质是否包含流体或者物质的软硬、冷热程度.本研究结果显示：（1）长江中下游成矿带下方的上地幔内存在明显的高泊松比异常,而地幔过渡带内则存在明显的低泊松比异常;（2）大别造山带及其南侧的中扬子地块的上地幔中下部及地幔过渡带内都存在明显低泊松比异常,且呈现东深西浅的空间分布特征.结合已有的地质、地球物理和地球化学等资料,我们认为长江中下游成矿带下方的地幔过渡带内滞留着古太平洋俯冲板块,其上地幔内则赋存着软的上地幔热物质,为深部成矿提供了热量或幔源物质.因此,古太平洋板块的俯冲对长江中下游成矿带的形成发挥了至关重要的作用.     

地球内部的热状态和热系统

本文给出地球的地幔热状态和热系统的简化形式,假定地幔内的大规模对流是双层的,在上地幔内的对流是由来自下面的热流量来测定,而在下地幔内的对流是用内部加热来测定。估算上地幔的热弛豫时间是～10~8年,下地幔的热弛豫时间τ_(1m)是～1.5×10~9年,地球的热弛豫是由τ_(1m)来测定。在对流的地幔内的超绝热的温度降是在热的边界层内形成的:在上地幔内,△T_1≤600K;在下地幔顶部,△T_2≤650K;在下地幔底部,△T_3≤650K。核-幔边界上的绝热温度是～2900K,真实温度一定是～3500—4500K。地幔中的热边界层都是过热区,必须跟低Qμ区(Qμ是对S波的力学品质因数)一致。低Qμ的第一层的深度是～100—250公里,第二层的深度是670—850公里,第三层是2700—2900公里。热点的热源区可能在第二个热边界层内,有意义的是,该层的水平速度(～1公分/年)可以确定在“板块构造”中绝对速度的精确度范围。因为上地幔是地壳之源,所以上地幔和下地幔之间的边界一定是弱的化学边界。第三个热边界层(深度在2600—2900公里)的热系统及其不稳定性在地核的磁流体动力学方面尤其是对于地磁偶极子的极性改变以及对地磁场时间尺度的了解有非常重要的作用。     

滇西地区壳幔解耦与腾冲火山区岩浆活动的深部构造研究

根据青藏东部边缘的深部地球物理资料,分析了滇西地区壳幔耦合和腾冲火山区岩浆活动的深部构造特征,确认了地幔各向异性与上地幔速度结构(包括P波速度和S波速度)的内在联系,指出产生这一结果的原因与以腾冲火山区为中心的地幔热物质上涌有关:上地幔顶部平均温度升高导致介质强度降低,在印支块体的侧向挤压或印缅块体的向东俯冲作用下发生韧性变形,造成滇西地区地幔各向异性的快波方向与青藏东部地壳块体的旋转方向不一致.此外,鉴于中下地壳低速层的横向非均匀性,估计韧性流动并非贯通青藏高原的东部边缘,而是被不同的构造块体和边界断裂限定在局部地区.总体而言,滇西地区下地壳的地震波速度和电阻率偏低,具备发生韧性变形的构造条件.作为地壳和上地幔之间的解耦层,它使得青藏东部地壳块体旋转产生的构造应力未能传输至上地幔.腾冲火山区的地壳结构与不同时期的岩浆活动有关,火山区东侧的高速结构代表了上新世时期火山通道内冷凝固结的岩浆侵入体或难以挥发的高密度残留物质,火山区西侧的低速结构反映了更新世以来持续至今的岩浆活动,壳内岩浆源主要分布在10～20km的深度范围内,横向尺度约为15～20km,有可能通过地壳深部的断裂与上地幔岩浆源区相连,估计腾冲火山区下方的岩浆活动将持续进行.     

深俯冲和地幔底部P波速度的非球层变化

回顾了与深俯冲和地幔底部结构有关的层析成像的一些新近结果，成像显示出了一些地震波速高于下地幔平均值的狭长结构，它们和上地幔地震板相连续，其地理分布和过去120Ma中板块敛合区出露于地表的位置相关性很强，在大约2000km深处，这些长的线性结构分裂成更小的单元，然而，在一些地区，狭窄的下降体看起来好象是延伸到了地幔底部，在这些地方它们的分散开来形成长波长结构。这样就支持了认为深俯冲和下地幔的复杂结构有关系的预测，上升体似乎没有像下降体那样更普遍地存在，而且所使用的P波数据也成像较差，这些结果证实了很多过去基于残差球谐分析的结果，也和放射性衰减从内部加热而产生的全地幔对流假说一致。尽管有全幔的对流，但对流流动似乎在上地幔过渡带以及在大约1800－2300km深处的过渡带被强烈地扰动，虽然成像未必能反映出因状态变化而引起的深部对流形态的变化，但是P波和S波数据的联合反演表明它和纵波及横波波速之比的变化是一致的，弹性模具的这种表现在其他地方也有报道，这暗示了地幔底部附近广泛存在化学非均匀性，因此地幔底部约800km的区域包含了有助波于我们理解地球构造和演化的信息，不幸的是，我们不能采集到足够多的直达P波数据，但如果使用核震相，则数据覆盖能够得到改善，我们初步的研究认为，虽然本文提出的P波模型解释了大量的已被用于研究核幔边界上部非均匀性的PKP波走时残差，但是却低做了它们的幅度，走时差和直达P波数据的联合反演可望减少波速模型中非均匀性程度的明显偏差，而且它还充分利用了走时残差的优点，而不必假定异常的位置。     

哀牢山-红河断裂带及其邻区的地壳上地幔结构

利用地震台站的到时资料, 通过体波地震成像技术重建了青藏高原东南缘和南海西北部大陆边缘地壳上地幔的速度结构, 揭示出哀牢山-红河断裂带及其邻近地区的构造差异. 在上地壳和中地壳深度内, 哀牢山-红河断裂带为高速异常, 反映出韧性剪切后变质岩带抬升和快速冷却的特征, 下地壳和Moho面附近为低速异常, 意味着壳-幔边界仍然处于相对活动的状态; 在上地幔顶部, 断裂西侧滇西地区大范围的低速异常证实了地幔深部热流对该地区火山、热泉、岩浆活动的影响, 而断裂东侧则具有扬子地块的稳定性质, 断裂东南部分上地幔深部的低速异常可能与南海扩张引起的地幔对流有关.     

弹性岩石层,区域重力异常和上地幔小尺度对流

在小尺度地幔对流模型的基础上,建立了顾及岩石层与地幔耦合的地幔对流模型,考虑到岩石层对上地幔小尺度对流的弹性响应,将上地幔视为一均匀的等粘滞系数的牛顿粘滞流体,其对注能量来源于下地幔,用热流体动力学基本方程得到地上地幔对流在壳幔边界处的垂向应力作为弹性板弯曲方程的垂直加载,来耦合弹性岩石层和可流动地幔,推导了两者耦合下区域重力异常和上地幔小尺度对流的相关方程,用以反演上地幔小尺度对流场模式和岩石层底部拖力场格局,对比了有,无弹性岩石层影响的模型之间的差异,并对模型应用范围,特别要板块边界水平均造力可能产生的影响,作了进一步探讨。     

黑水─泉州地学断面的重磁解释

讨论华南黑水─泉州地学断面的重磁解释。在解释中除应用常规的２．５维重磁异常反演外，还采用等密度线算法构制梯度层密度模型，用于分辨地壳密度细结构，以及计算自由地幔而深度用于分析上地幔密度的横向不均匀性。重磁模拟结果揭示了１０ｋｍ深度内的上地壳构造以及地壳与上地幔密度的分布。提出华南造山带以低密度上地幔为特征，它可能与上地幔的改造有关；四川盆地具有较高的上地幔密度，为未经改造的原始地幔。扬子克拉通与华南造山带的分界线与上地幔密度的分界线一致。根据布格异常、地表岩石密度和地形资料的综合分析，圈定出反映内生成矿作用深部标志的密度倒转区，可作为进一步找矿的远景区。     

黑水─泉州地学断面的重磁解释

讨论华南黑水─泉州地学断面的重磁解释。在解释中除应用常规的２．５维重磁异常反演外，还采用等密度线算法构制梯度层密度模型，用于分辨地壳密度细结构，以及计算自由地幔而深度用于分析上地幔密度的横向不均匀性。重磁模拟结果揭示了１０ｋｍ深度内的上地壳构造以及地壳与上地幔密度的分布。提出华南造山带以低密度上地幔为特征，它可能与上地幔的改造有关；四川盆地具有较高的上地幔密度，为未经改造的原始地幔。扬子克拉通与华南造山带的分界线与上地幔密度的分界线一致。根据布格异常、地表岩石密度和地形资料的综合分析，圈定出反映内生成矿作用深部标志的密度倒转区，可作为进一步找矿的远景区。     

中国东部地区上地幔的三维P波速度结构

本文应用Aki等的三维反演方法,反演了中国东部地区大尺度上地幔三维P波速度结构,其中采用了300个远震事件在所研究区域(100°—125°E,20°—45°N)的50多个台站的P波到时残差。结果表明:(1)中国东部地区上地幔横向不均匀性至少深达680公里,其中40—400公里范围内的结构具有共同特点,仍保持有地表大地构造的痕迹,400公里深度以下,不均匀性逐渐减小,地表构造痕迹消失。(2)存在一条北北东走向的深层构造带将中国东部地区分成两部分,西部速度稳定、偏高,东部速度复杂,低速高速随深度变化而交替出现。     

地震层析成像板块构造及地幔演化动力学

地震层析成像技术的飞速发展给人类提供了一个探测地球内部结构的强有力的工具，也给人类展示了一片新的天地，使人类更加清晰地在两个层次之上（地球的层圈构造和内部横向不均匀性）了解地球内部，特别是对幔内部非均匀结构，从全球和区域的尺度上揭示出地球内部特别是地壳和上地幔横向不均匀结构。呈现出全新的地球，特别是地幔结构的三维图像框架，很容易理解，这一基本框架正是地幔演化热动力学过程的现代表现，如此，我们可以利用该框架去追溯、探讨全球构造特别是地幔构造演化的历史，从而深化对于我们这个星球演化过程的理解。     

地球深部研究联合会简介

地球深部研究联合会(SEDI)是一个致力于研究地球深部的国际科学组织。SEDI 的宗旨是,增进对地球深部的过去演变,当前地热、动力和化学等状态以及这些状态如何影响地球表面构造和观测过程的了解。地球深部通常是指地核和下地幔,但也可能涉及地表,例如,在地幔热柱的研究方面。SEDI 的科研课题和攻关难点包括地磁动力和长期变化、古地磁和地球深部的演变、地核成分,构造和动力学、发电机能量学和内核构造、地核的冷却和核-幔边界区、核-幔边界形状、耦合和地球的自转、下地幔的构造、对流和热柱等。自1987年以来,SEDI 一直是国际大地测量与地球物理联合会(IUGG)的一个内部委员会。因此它跨 IUGG 的一些协会的传统学     

浙皖地区地壳-上地幔结构和华南与扬子块体边界

基于屯溪－温州剖面宽角反射地震资料,拟合反演了地壳浅层和深部结构,并利用非纵剖面记录构制了上幔顶部结构图象。结果表明,江绍断裂带是本区最明显的构造分界,其西北一侧的扬子块体和东南侧的华南块体地壳和上地幔顶部结构以及地球物理特征明显不同。金（华）衢（州）盆地下方地幔上隆,上地幔岩石层中有低速体,可能是一个复杂的岩浆房构造。地幔岩石层呈现出由ＳＥ至ＮＷ向仰冲的叠瓦式片状构造,提示该区明显受水剂压应力控制。     

柴达木东盆地的深层地震反射波和地壳构造

一、引言 地壳和上地幔顶部的构造,对研究地震发生、发展及演变过程的深部背景,以及划分地震活动块体和探讨地震成因有着重要的意义。然而地壳构造的研究,又是与地震学的发展密切相关。1909年,莫霍洛维奇在近震研究中,首先发现了地壳与上地幔分界面的首波,其覆盖层的平均速度 =6.3公里/秒,界面速度V_d=8.0公里/秒（简称M界面）。后于1923年,康拉德（conrad）也是根据天然地震资料鉴别出一个平均速度为=5.4     

地球内部构造研究的进展综述

第三篇文章较详细地综述了地球内部构造研究的进展情况,特别是有关地幔结构的一些新的研究成果,其中包括参考地球模型、上地幔及过渡带中的次级间断面和低速层,以及地幔结构的横向不均匀性。     

华北克拉通及东邻西太平洋活动大陆边缘地区的P波速度结构：对岩石圈减薄动力学过程的探讨

本文通过地震层析成像研究获得了华北克拉通及其东邻地区（30°N-50°N,95°E -145°E）1°×1°的P波速度扰动图像.结果显示,在西太平洋俯冲带地区,上地幔中西倾的板片状高速异常体与其上方的低速异常区构成俯冲带与上覆地幔楔的典型速度结构式样.俯冲板片高速体在约300~400 km深度范围内被低速物质充填,暗示俯冲板片可能发生了断离.在华北克拉通地区的上地幔中发现三个东倾排列的高速异常带.在此基础上,本文构建了华北克拉通及其东邻西太平洋活动大陆边缘地区的上地幔速度结构模式图,并据此探讨克拉通岩石圈减薄与西太平洋活动大陆边缘的深部动力学联系.本文认为,太平洋板片的俯冲（断离）,触发热地幔物质上涌并在上覆地幔楔中形成对流,使克拉通岩石圈受到改造（底侵与弱化）.随着俯冲板片后撤,地幔楔中的对流场以及对岩石圈改造的影响范围均随之东移,最终导致华北克拉通岩石圈自下而上、从西向东分三个阶段依次拆沉减薄.这一模式能很好地解释现今克拉通岩石圈自西向东呈台阶状减薄的深部现象.