用瑞利面波资料反演中国大陆东部地壳上地幔横波速度的三维构造

利用中国大陆东部21个台站的43条面波大圆路径上瑞利面波记录的双台资料,计算出双台间地震面波相速度频散,采用Tarantola概率反演的方法求得相速度频散曲线的分布,并由各处相速度频散曲线反演得到地壳上地幔的三维横波波速图像,进而得到中国东部地壳上地幔的S波速度结构.结果表明:我国大陆东部地壳厚度总体上呈东薄西厚的趋势,以105°E为界向西地壳厚度逐渐加深到55 km以上,其中有一个北东向的h形地壳厚度的坡度带.豫西及晋南地区为相对薄地壳的地区.大别山地区和泰山附近地区地壳变厚,但秦岭地区地壳不变厚.上地幔低速层上界面的深度在华北地区较浅,为80-90km,在鄂尔多斯、四川东部以及黔湘地区为120-130km.扬子地块东部及华南褶皱系中、东部上地幔顶部速度偏低使低速层的速度反差不明显.滇黔褶皱系的西部在200 km以内的上地幔中未出现低速层.     

利用面波波形模拟探测中国大陆地壳和上地幔波速结构的分区特征

对穿过中国大陆东部、中部、北部和西部4个不同地区的8条地震射线路径的波形进行拟合分析,反演得到了各路径下方的一维平均波速结构.反演得到的地壳和上地幔波速结构表现出明显的分区特征,该特征与已知的大地构造单元和已有的研究成果吻合较好. 表明面波波形拟合方法是一种可靠的探测地壳和上地幔波速结构的方法,且比单纯利用基阶面波频散对上地幔结构探测更具优势.      

用瑞利波研究新疆塔里木盆地地壳分层结构及QR值

利用新疆塔里木盆地附近喀什和高台地震台所记录到的天然地震面波资料,研究了该地区的地壳结构,并测定了瑞利波Q_R值。 结果表明:塔里木盆地地壳为多层结构,地壳厚度约60公里,其中沉积层厚度约为10公里,是造成塔里木盆地的面波群速度异常低的主要因素。同时,地壳中部有一低速层;长周期瑞利波Q_R值偏低,反映了地震波在该区的地壳下部和上地幔的强衰减。     

冲绳海槽地区地壳结构与岩石层性质研究

用冲绳海槽地区地质、地球物理、地球化学数据与资料，对横跨大陆边缘—大洋板块的中国东部—冲绳海槽—琉球岛弧地区进行综合研究. 根据地震体波、面波成像结果，空间与布格重力异常及磁力异常的综合解释等结果，利用调和系数法对该研究区的地壳厚度进行了计算，并对地壳属性进行分析. 同时，选择中国东部东北地区的宽甸、华北地区的汉诺坝、华南的闵溪和台湾海峡的澎湖列岛与冲绳海槽和日本岛弧的新生代玄武岩开展元素—同位素对比研究. 结果认为冲绳海槽岩石层明显减薄，上地幔低速层已达到莫霍面，在地幔中已形成交代软流层. 元素—同位素研究表明：它不同于中国东部，与琉球岛弧地区的特点也不相同. 综合分析认为：冲绳海槽地壳属于过渡型地壳，与大洋地壳的许多特点颇为相似.     

中国及邻近地区地壳结构

利用中国及邻近地区数字地震台网提供的三分量地震波形记录，应用转换函数及快速模拟退火算法对中国及邻区61个地震站下的地壳横波速度结构进行了反演. 结合已发表的人工地震测深资料获得了该地区地壳厚度分布，为进一步揭示中国大陆的动力学演化过程、建立大陆动力学理论提供了可靠的地球物理证据. 结果表明中国及邻区地壳厚度分布的特点为从东到西逐渐增厚，可分为：地壳厚度缓变地区，如蒙古高原,华北，华中，华南，青藏高原内部；地壳厚度递变带，如沿大兴安岭—太行山—秦岭—大巴山—云贵高原一带；地壳厚度陡变带，主要为青藏高原边缘地区. 除青藏高原外，其他地壳厚度缓变区速度结构较简单，壳幔边界明显. 青藏高原及其南缘，台湾—菲律宾一带，台站下方速度结构复杂，反映了板块边界处构造活动、物质交换活跃，表明这些地区还未达到均衡.      

利用背景噪声和接收函数研究华北克拉通地壳结构

收集华北克拉通地区188个宽频带流动台站观测资料进行处理.通过背景噪声面波数据和接收函数双重资料约束联合反演,得到了研究区沉积层厚度、地壳厚度及地壳S波速度结构.结果显示:(1)沉积盖层厚度与地质构造相对应,盆地区与隆起区分界明显.(2)研究区地壳厚度变化范围约29~46 km,自西向东逐渐变薄.(3)中、上地壳华北盆地S波速度偏高,可能与新生代以来多次沉降所造成的相对高的岩石强度有关;(4)下地壳S波速度显示研究区主要存在三个低速区,分别是唐山—天津周边、张北及太行山造山带地区;华北盆地存在显著高速异常,推测可能是由于华北盆地经历下地壳拆沉后,大规模的伸展作用相伴随的幔源基性铁镁质岩浆底侵至下地壳结晶所造成的.(5)多个发生过强震的区域表现出沉积层下方存在较大范围的(约10 km)高速体,并且高速体又被其下低S波速度包裹,壳内岩石强度的差异为应力积累及地震发生提供条件.     

由长周期地震面波研究华南地区地壳和上地幔三维构造

利用中国27个地震基准台和世界标准地震台网 WWSSN 西南亚3个台站记录的中国大陆及邻近地区79个地震共238条路径的长周期面波资料,应用适配滤波频时分析技术和改进的分格频散反演方法,得到该地区147个44斜方格的纯路径群速度频散值,进而反演得到华南地区深至170km 左右的三维 S 波速度构造.结果表明:华南地区各一级构造单元之间有明显差异,一级单元内的次级构造单元也有一定差异.东部地壳较薄,由东往西逐渐变厚,厚度为30-43km 左右.地壳中 S 波平均速度,东北部最低,西部最高,约为3.48-3.68km/s,在大范围内未发现明显的地壳低速层.华南大部分地区存在上地幔低速层,低速层起始深度为75-106km 左右,低速层中 S 波最小速度约为4.28-4.38km/s.尽管华南大部分地区存在上地幔低速层,但各主要层位分界明显,层面平缓,在较大尺度地下构造横向变化较小,除西部褶断区、东南沿海断裂系等边缘区域为构造活动区外,华南主体的地壳上地幔构造仍属于较稳定的大陆块体构造.      

海南岛及邻区地壳三维P波速度结构

利用海南岛及邻区1999——2005年9个地震数字化台站记录到的3 500余条区域初至波到时资料,确定了海南岛及邻区地壳三维P波速度结构. 结果表明,该区域浅部上地壳的波速异常与地表地质构造有一定的相关性,即王五——文教断裂带以北地区波速较低,而以南地区为相对高的波速异常区. 这与琼北地区为凹陷、并伴有多期火山活动和较高的地热背景,而琼中南地区为较稳定的隆起等构造特征相一致. 在其中下地壳,琼东地区相对琼西地区波速较低,可能暗示了地幔热物质上涌等动力学过程. 波速异常分布模式还暗示出北西向断裂带(如铺前——清澜断裂带)较浅,而近东西向的王五——文教断裂带较深,有可能延伸至莫霍面或更深.      

华北盆地边缘及邻区地壳S波速度结构及其地震孕育机制

利用分布在华北盆地及其周边(113°E—121°E,34°N—41°N)72个固定地震台站记录到的2009年和2010年远震地震波形记录,提取多频段P波接收函数,反演了台站下方的S波速度结构,并结合该区域1970—2016年的地震目录分析了反演结果.华北盆地周缘及邻区中下地壳普遍存在低速异常,首都圈地区Moho深度约在33 km左右,台站下方在4~10 km的深度范围内一般都存在2~5 km厚的高速层,紧随高速层之下又出现了2~6 km厚的相对低速层;在太行山隆起向华北盆地的过渡区,地壳结构较为复杂,Moho面深度变化较大,自西向东深度变浅,且太行山隆起区内明显存在壳内低速层,而接近华北盆地处的地壳内存在轻微的速度扰动异常(即低速层);鲁西隆起地区Moho深度在31~34 km之间,在大地热流高值区地壳高低速异常明显.基于华北盆地周缘地区地震在地壳高低速层均有分布,而分布在低速层内的地震事件相对较多,比较符合曾融生等(1991)提出的"双层破裂震源模型",即地幔热物质上侵导致了中下地壳的低速软弱层形成,并在软弱层处产生了附加的水平剪切力,进而其破裂诱发地震,同时将部分应力传递给上覆高速硬包体,为高速异常体内地震的触发积累能量.华北盆地周缘低速异常体的分布是该区域地震频发的重要诱因.     

宁河—涿鹿剖面地震测深资料的再解释

为了确定唐山地震区的地壳速度结构,进一步研究地震成因和地震发生的规律,本文对穿过唐山地震区的宁河—涿鹿剖面的深地震测深资料进行了新的解释。在资料分析中,为了提高结果的精度而做了高程校正和沉积层校正,明确指出,在横向非均匀性显著的地区,资料的预处理有着重要的意义。本文利用理论地震图、射线追踪方法对该剖面资料进行了分析,最终的结果表明:整个测线的地壳结构可分为三种类型,各种类型的结构有着明显不同的差异和特征;唐山到北京之间的平原地区的莫霍界面的深度为33公里左右,平原区的莫霍面整体隆起的宽度为150公里;唐山地震区附近没有发现较厚的壳内低速层。     

青藏高原东北缘、鄂尔多斯和华北唐山震区的地壳结构差异——深地震测深的结果

划分大陆活动地块的重要标志之一是它们在地壳结构间的差异。大陆不同地块具有不同的地壳结构特征。这些结构和构造上的不同反映了它们在地壳内部的变形特征和动力过程的差异。文中利用深地震宽角反射 /折射剖面的结果 ,讨论了青藏高原东北缘东昆仑巴颜喀拉地块、鄂尔多斯地块和华北地块唐山震区地壳结构的差异。它们分别是变形强烈的活动地块、内部变形小相对稳定的地块和现代发生过强震的活动地块。在地壳结构上它们之间的差别是明显的。这些差异表现在地壳的分层性质、上地壳和下地壳的结构、地壳结构的不均匀尺度、壳 /幔分界的性质、壳内低速层的分布、地壳界面、特别是莫霍面的构造形态等方面     

Velocity structure of uppermost mantle beneath China continent from Pn tomography

39473 Pn travel times are inverted to tomographically image both lateral variation and anisotropy of uppermost mantle velocities beneath China continent. The result indicates that the overall average Pn velocity of uppermost mantle in the studied region is 8.0 km/s and the regional velocity fluctuation varies from ?0.30 km/s to +0.35 km/s. Pn velocities higher than 8.2 km/s are found in the regions surrounding Qingzang Plateau, such as Junggar Basin, Tarim Basin, Qaidam Basin and Sichun Basin. Pn velocities slightly lower than the average are found in western Sichuan and Yunnan, Shanxi Graben and Bohai Bay region. A Pn velocity as low as 7.8 km/s may exist in the region striding the boundary between Guangxi and Guangdong provinces. In general, Pn velocity in tectonically stable region like cratonic platform tends to be high, while that in tectonically active region tends to be low. The regions in compressive setting usually show higher Pn velocity, while extensional basins or grabens generally display lower one. Anisotropy of Pn velocity is seen in some regions. In the southeastern region of Qingzang Plateau the directions of fastest Pn velocity show a rotation pattern, which may be related to southeastward escape of the plateau material due to the collision and compression of Indian Plate to Asia along Himalaya arc. Notable anisotropy also exists around Bohai Bay region, likely indicating crustal extending and possible magma activity therein.     

Surface-wave study of the Canadian Shield

Phase and group velocities of surface waves with travel paths confined to the Canadian Shield and its surrounding areas were determined in a period range between 5 and 40 sec. The Canadian Seismic Network and three earthquakes of which source parameters are already known were used for this study. Mean phase velocities from source to receiver were determined from phase differences between the focal phases and the observed phase spectra by the single station method. Group velocities were determined by the algorithm of Dziewonski et al. They were put into a program for relocation of epicenters and regional surface-wave velocities by the least-squares method. The area under investigation was divided into six geologically significant regions. Finally, regional surface-wave velocities were inverted to obtain regional earth structures. Taking resolving power into consideration, the earth structures were assumed to have four layers, namely, uppermost crust, granitic layer, basaltic layer, and upper mantle. It was found that the shear velocities in the granitic and basaltic layers of the Canadian Shield are rather uniform laterally, differences for most of the regions are less than 0.015 km/sec. These facts may indicate the uniformness of its formation and the later crustal movements.     

南海北部珠江口—琼东南盆地地壳速度结构与几何分层

基于南海北部大陆边缘珠江口—琼东南盆地深水区实施的14条近垂直深反射地震探测叠加速度谱,利用Dix公式将叠加速度剖面转换为地壳层速度剖面,并利用时深转换方法构建了深度域地壳层速度模型,综合各地壳速度剖面分析了南海北部大陆边缘珠江口与琼东南盆地不同深度层次的P波速度变化趋势以及地壳几何分层特征.结果表明,琼东南盆地区可分为4～8 km沉积层（V_P为1.7～4.7 km/s）、4～10 km厚的上地壳层（V_P为5.2～6.3 km/s）、5 km〗左右的下地壳层（V_P为6.4～7.0 km/s）以及2～6 km厚的高速下地壳底层（V_P＞7.0 km/s）.V_P＞7.0 km/s下地壳高速层的存在被认为是岩石圈伸展、下地壳底部底辟构造或者是残存的原始华夏下地壳基性层的地震学指示;综合研究区地球物理探测成果构建了跨越华南大陆与南海北部陆坡区剖面莫霍和岩石圈底界图像,揭示出岩石圈上地幔在华南大陆与南海北部大陆边缘的减薄特征.     

塔里木盆地中部地震转换波测深及其解释

沿塔里木盆地中部的库车—塔中—塔南测线,首次进行了地震转换波测深。探测结果表明,本区岩石圈具有明显的层状－块体结构,地壳厚度４０～５０ｋｍ,隆起区约为４０ｋｍ,凹陷区约为５０ｋｍ。上地壳的厚度在盆地中部明显减薄,中地壳波速相对偏高（ＶＰ＝６．４～６．５ｋｍ／ｓ）,下地壳上部普遍存在低速薄层,结晶地壳的速度高于周围青藏高原和天山地区的波速,波速结构表明地壳具有陆壳性质,地壳内存在具有逆冲性质的深部断裂。综合解释认为,自新生代以来,在印度－欧亚板块边界的强大挤压力作用下,岩石圈内包括结晶基底面和莫霍面在内的各深部界面（岩层）的准同步挠曲变形和地壳刚性块体沿深部逆冲断裂的调整运动,是塔里木盆地岩石圈中主要的深部动力学过程     

中国大陆及周边地区现代岩石圈演化动力学模拟

采用有限元方法模拟了近20万年来青藏高原岩石圈形变演化过程，探讨了印度-欧亚大陆的碰撞对中国大陆岩石层形变和应力场的影响以及它们与强地震活动性的关系.结合现代GPS、地震和地质学观测的结果，对比分析了中国大陆在百万年、十万年和十年尺度上的形变和构造应力场的基本格局.研究表明：（1）印度-欧亚大陆的碰撞以及印度大陆的持续向北推进、挤压所产生的应力环境，一直主导了以青藏高原为核心的我国西部地域岩石圈构造、运动和演化，但其影响随着远离青藏高原地区而逐渐变小.（2）断层滑移和重力势作用对于青藏高原东西部以及塔里木盆地的影响相当大，它们导致青藏高原岩石层东西向形变速率增大，对青藏高原的中南部地区产生拉张效应，同时导致塔里木盆地出现整体的右旋趋势.（3）青藏高原区域水平方向形变速率和GPS观测结果吻合较好.但在垂直方向上，一些地区计算结果与观测数据相差较大，这说明单纯的挤压作用不是现代青藏高原隆升的惟一机制.现代青藏高原的隆升可能与其他驱动机制，如地幔对流、重力均衡以及剥蚀作用等有关.（4）印度板块的挤压作用基本上决定了中国大陆西部的主压应力场分布.（5）印度板块的碰撞对中国大陆的强地震活动性有重要影响，但华北地区是个例外，该地区的地震活动性很强而印度板块的挤压在该区域产生的影响却很小，说明其他的驱动力在一定程度上活化了华北地块.     

Contemporary crustal deformation of the Chinese continent and tectonic block model

We obtain the preliminary result of crustal deformation velocity field for the Chinese con-tinent by analyzing GPS data from the Crustal Motion Observation Network of China (CMONOC), particularly the data from the regional networks of CMONOC observed in 1999 and 2001. We de-lineate 9 tectonically active blocks and 2 broadly distributed deformation zones out of a denseGPS velocity field, and derive block motion Euler poles for the blocks and their relative motionrates. Our result reveals that there are 3 categories of deformation patterns in the Chinese conti-nent. The first category, associated with the interior of the Tibetan Plateau and the Tianshan oro-genic belt, shows broadly distributed deformation within the regions. The third category, associatedwith the Tarim Basin and the region east of the north-south seismic belt of China, shows block-likemotion, with deformation accommodated along the block boundaries only. The second category, mainly associated with the borderland of the Tibetan Plateau, such as the Qaidam, Qilian, Xining(in eastern Qinghai), and the Diamond-shaped (in western Sichuan and Yunnan) blocks, has thedeformation pattern between the first and the third, i.e. these regions appear to deform block-like,but with smaller sizes and less strength for the blocks. Based on the analysis of the lithosphericstructures and the deformation patterns of the regions above, we come to the inference that thedeformation modes of the Chinese continental crust are mainly controlled by the crustal structure.The crust of the eastern China and the Tarim Basin is mechanically strong, and its deformationtakes the form of relative motion between rigid blocks. On the other hand, the northward indentation of the Indian plate into the Asia continent has created the uplift of the Tibetan Plateau and the Tianshan Mountains, thickened their crust, and raised the temperature in the crust. The lower crust thus has become ductile, evidenced in low seismic velocity and high electric conductivity observed. The brittle part of the crust, driven by the visco-plastic flow of the lower crust, deforms extensively at all scales. The regions of the second category located at the borderland of the Tibetan Plateau are at the transition zone between the regions of the first and the third categories in terms of the crustal structure. Driven by the lateral boundary forces, their deformation style is also between the two, in the form of block motion and deformation with smaller blocks and less internal strength.     

我国西北地区地壳中的高速夹层

在我国西北地区的柴达木盆地东部和甘肃地区,在距离炮点40互100公里处,能够接收到不少能量较强的地壳深界面反射波。另外还发现一种与一般反射波性质不同的波,其视速度特大,视速度随距离的变化不大,而且有较明显的终点;其吋距曲线与一般深界面反射波的时距曲线相交。根据它的特征可以判断地壳中存在具有速度梯度的高速夹层.求得的夹层参数为: 甘肃地区柴达木盆地东部覆盖层厚度 18.8公里 30.5公里覆盖层平均速度 5.5公里/秒 5.3公里/秒夹层厚度 6.0公里 3.2公里夹层速度 7.5-8.5公里/秒 7.5-8.0公里/秒夹层的上下界面均为强反射面,可以产生多次反射波。分別利用相邻两个反射波可以求得各层参数,并能避免射线折射的影响。甘肃地区和柴达木盆地东部的地壳厚度分別为51和52公里。地壳中有高速夹层的存在,可以更好地说明P~*速度分散的原因,而且也能够解释Lg波的传播机制。     

南海北部陆缘东部的地壳结构

本文利用中、美联合调查南海海洋地质项目所采集的双船地震扩展排列剖面资料,研究了南海北部陆缘的地壳结构．其特征为：从陆架到深海平原,地壳呈阶梯状减薄,地壳厚度分别为２６-２８ｋｍ,２３-２４ｋｍ,１３-１５ｋｍ,以及南海洋盆中５-７ｋｍ厚的洋壳,反映了地壳在新生代早期是幕式拉张的．地壳底部存在高速地壳层,地震波速度为７．１-７．４ｋｍ／ｓ．它是在地壳被拉张后,上地幔熔融物质上涌到地壳底部冷却而形成的．     

新疆天山地区壳幔S波速度结构特征及变形分析

天山地区地质构造复杂,地震活动频繁,其壳幔变形和深部结构一直受到学者们的高度关注.然而,由于天山地区地震台站资料较少,致使壳幔变形研究结果与解释存在诸多争议.本研究利用在天山地区（40°N-46°N,78°E-92°E）新布设的11个流动宽频带地震台站和该地区39个固定台站的观测资料,采用接收函数与面波联合反演方法,获得了研究区地壳厚度及壳幔S波速度结构.反演结果显示天山地区（41.5°N-44°N,78°E-88°E）平均地壳厚度为56 km,塔里木盆地（40°N-41.5°N,79°E-90°E）、准噶尔盆地（44°N-46°N,82°E-90°E）和吐鲁番盆地（42°N-43°N,88°E-90°E）具有较厚的沉积层,地壳平均厚度为43 km、53 km和46 km,整体表现为天山厚、盆地相对较薄的特征;在研究区南天山的最高峰（42°N,80.5°E）及北天山的最高峰（43.5°N,86°E）附近,中下地壳存在较厚的低速层,我们认为在强烈挤压作用下低速、低强度的中下地壳强烈变形可能是导致该区域快速隆升的主要原因.在研究区中部,位于塔里木盆地与准噶尔盆地之间的天山地区,中下地壳及上地幔均存在低速层,且盆地莫霍面向天山倾斜明显.结合前人的研究成果推测,在南北向构造挤压应力作用下,塔里木盆地与准噶尔盆地发生了向天山造山带方向的双向壳幔层间插入俯冲.在研究区东部,塔里木盆地东北缘与天山东部接触带的地壳内没有明显的低速层,推测应处在早期挤压变形状态,该区域的壳幔边界为缓变的速度梯度带,可能与上地幔热物质侵入或渗透有关.