重震反演中国东北地壳上地幔三维密度结构

本文利用重力和地震P波到时数据反演得到了中国东北地区地壳上地幔三维密度结构.与单一的重力或地震反演相比,重震反演一方面有效地克服了重力反演结果垂向分辨率低的问题,另一方面也提高了地震反演结果的可靠性.结果显示:中国东北地区的地壳及上地幔剩余密度异常分布与构造单元具有明显的相关性,造山带对应低密度异常,盆地对应高密度异常;区域内火山下方有明显的低密度体存在,可能是由于太平洋板块俯冲进入上地幔并部分滞留,在滞留板块深部脱水和软流圈热物质共同作用下产生了上涌岩浆,喷发后形成了火山.     

华北地区三维地壳上地幔结构

本文用均等显示滤波频时分析方法分析了长周期瑞利面波资料,获得了路经中国大陆及邻区的238条混合路径的面波群速度频散,其周期范围为10.5—113s.用改进的分格反演方法从混合路径频散中提取出位于华北地区的12个4°×4°网格单元的纯路径频散并反演其地壳上地幔结构.所得结果表明,华北地区地壳上地幔结构横向变化显著;从东向西地壳逐渐变厚;位于华北东部的分格在地壳中20km深处普遍存在低速层,整个华北地区上地幔低速层埋藏较浅,一般为55—100km之间.各个网格上地幔低速层的速度不尽相同.     

华北地区三维地壳上地幔结构

本文用均等显示滤波频时分析方法分析了长周期瑞利面波资料,获得了路经中国大陆及邻区的238条混合路径的面波群速度频散,其周期范围为10.5-113s.用改进的分格反演方法从混合路径频散中提取出位于华北地区的12个4°×4°网格单元的纯路径频散并反演其地壳上地幔结构.所得结果表明,华北地区地壳上地幔结构横向变化显著;从东向西地壳逐渐变厚;位于华北东部的分格在地壳中20km深处普遍存在低速层,整个华北地区上地幔低速层埋藏较浅,一般为55-100km之间.各个网格上地幔低速层的速度不尽相同.     

龙门山中南段地壳上地幔三维密度结构

基于高精度布格重力异常资料,以川滇地区P波速度三维层析成像结果为约束建立初始模型,采用预优共轭梯度(Preconditional Conjugate Gradiem,PCG)反演方法得到了龙门山断裂带中南段的地壳上地幔(深度范围0～65km)三维密度结构(网格间距为10km(横向)×10km(纵向)×5km(深度))。密度成像结果表明:龙门山断裂带中南段两侧地壳密度结构存在明显差异,四川盆地有约10km厚的低密度沉积层,松潘-甘孜块体因沉积层较薄,且部分地区有基岩出露,上地壳表现为高密度结构;松潘-甘孜块体中、下地壳有大范围低密度层分布,介质强度明显低于高密度的四川盆地,青藏高原东移物质受到四川盆地阻挡后更易于在低密度的一侧发生挤压形变及隆升,从而形成龙门山逆冲推覆构造带;龙门山断裂带内部在地壳结构上具有明显的分段特征,表现为沿着龙门山断裂带地壳密度变化不连续,以汶川地震和芦山地震震中为界,形成多个高、低密度异常区;同时,结合地震精定位结果分析,汶川地震及其余震多分布于壳内中央断裂带西侧高密度体内,芦山地震及其余震则集中在地壳密度变化梯级带附近并偏向高密度体一侧。四川盆地下地壳密度较高,其前缘随深度增加向青藏高原方向扩展,在上地幔顶部接近龙门山断裂带以西。松潘-甘孜块体中、下地壳虽然有一定规模的低密度体分布,但其连通性差,在平面上多形成局部低密度异常区,是否存在下地壳流仍无法给出明确的证据。     

青藏高原地壳三维密度结构的重力反演

在阻尼最小二乘法的基础上,提出了利用重力进行三维密度反演的选权拟合法,并利用密度分布的特点构造了约束权矩阵.为了改善单一重力反演的非唯一性,利用地震面波层析成像资料进行约束,得到了青藏高原不同深度高分辨率三维密度异常分布图.反演结果显示,青藏高原地壳内密度很不均匀,不同块体具有不同的密度异常特征,拉萨和羌塘地体为低的负密度异常区,松潘-甘孜地体东部存在较低的负密度异常区,塔里木盆地存在较高的正密度异常区.从中部到东部,上地壳物质存在差异,而下地壳物质存在一定连续性.     

中国大陆地壳上地幔电性结构及地震分布规律(一)

本文是壳慢流体演化及地震成因系列论文的第1篇．本系列由3篇论文组成,第2篇为壳内高导层成因,高温高压下卤水物态及其电导率;第3篇为壳内流体演化及地震成因．这3篇论文分别从宏观、微观和动态变化三方面,探讨了地下流体与地震的关系．\r\n 本文根据我国大地电磁测深(MT)工作者近20年的探测成果,编绘了中国大陆壳内和上地幔高导层的分布埋深图,分析了中国大陆电性结构的分区特征,探讨了上地幔高导层的成因以及壳内高导层的特征,最后总结了中国大陆不同构造区的地震孕育规律．     

天山中部地壳及上地幔三维速度层析成像

应用新疆区域台网记录的地震资料,结合前人对新疆速度结构研究的结果作为初始模型,利用地震层析成像的方法反演了天山中部地壳及上地幔三维速度结构。三维图像结果显示：天山中部地区波速呈现出不均匀性,45km深度以上各层波速表现出高速性质,45km以下的区域波速却表现出低速性质;纬向剖面显示出0～40km深度范围内波速起伏较大,而40km深度以下速度相对稳定。     

中国中部的地壳及上地幔构造

本文利用中国数字地震台网的资料,对昆仑山—柴达木盆地—秦岭—大别山纬向构造带的地壳及上地幔构造进行了研究。沿这一构造带沉积层平均厚度为8km,剪切波速度β=2.62km/s,壳内平均速度较低,为3.5km/s左右,在下地壳还存在低速层。地壳平均厚度为48km,自东而西相差不很大。上地慢低速层在70—90km深处开始出现。这种构造特征有别于地台和高原,具有块体间的过渡性质,表明这是中国地壳块体中的一个独立构造单元。     

华北地区上地幔温度及岩石圈厚度分布研究

上地幔温度是控制地幔流变性和动力学过程的关键参数之一.本文利用高分辨率S波地震层析成像速度结果,基于岩石温度与地震波速度的关系,研究了华北地区上地幔50~300 km深度范围内的温度分布和"热"岩石圈厚度.为了验证结果的可靠性,本文用计算的上地幔60 km深度处的温度作为底面约束,得到了相应的地表热流.计算地表热流与观测地表热流之间符合程度较好,相对误差大部分都在地表热流观测误差范围之内.通过对上地幔的温度分布进行分析,我们研究发现:(1)在上地幔浅部,温度与地表构造之间有很好的对应关系.在小于170 km的深度上,温度呈现东高西低的分布态势.温度较高的区域集中在东部的河淮盆地、渤海湾盆地、华北平原和中部陆块的交界处、西部鄂尔多斯高原北缘的银川―河套地堑以及阴山地区,同时,这些地区的岩石圈厚度也相应较薄,大约为80~100 km;(2)西部的鄂尔多斯高原是整个华北地区岩石圈地幔温度最低的地区,比东部地区低200~400 ℃,岩石圈厚度相应最厚,平均岩石圈厚度达到140~150 km,最厚处超过160 km.(3)在170 km以下的软流圈地幔部分,温度分布发生反转,西部温度高于东部,表明东、西部陆块在地质历史时期经历了不同的深部地幔动力学过程.     

中国南北带地壳和上地幔的三维速度图象

本文采用作者提出的地震层析成象法得到了中国南北带地壳和上地幔的三维速度图象。通过误差和分辨分析,以及同爆炸地震测深剖面的比较,证明了成象结果的可靠性。 成象结果表明:1.南北带的地壳和上地幔存在显著的横向不均匀性,深达450km这种不均匀性还依然存在;2.地壳上部的速度图象与地表的已知地质特征明显相关:四川盆地显著低速,康滇地轴显著高速;3.中地壳在很大范围内存在低速层,其最低速度值达5.60km/s;4.在25°N-38°N和100.0°E-103.2°E的长条带内,上地幔顶部出现低速异常,异常速度值约为7.49km/s。 成象结果还清晰地勾划了各块体间的焊接边界。120km深度的速度图象表明,扬子准地台自秦岭以南以龙门-大巴和盐源-丽江台缘褶带为其西部边界;西南以哀劳山褶皱带为界;东南则以右江褶皱带内的南盘江为界。 统计表明,地震活动与南北带的速度结构相关:从20km以上的速度图象发现,大地震大都发生在高速和低速间的过渡条带上。     

中国南北带地壳和上地幔的三维速度图象

本文采用作者提出的地震层析成象法得到了中国南北带地壳和上地幔的三维速度图象。通过误差和分辨分析,以及同爆炸地震测深剖面的比较,证明了成象结果的可靠性。 成象结果表明:1.南北带的地壳和上地幔存在显著的横向不均匀性,深达450km这种不均匀性还依然存在;2.地壳上部的速度图象与地表的已知地质特征明显相关:四川盆地显著低速,康滇地轴显著高速;3.中地壳在很大范围内存在低速层,其最低速度值达5.60km/s;4.在25°N—38°N和100.0°E—103.2°E的长条带内,上地幔顶部出现低速异常,异常速度值约为7.49km/s。 成象结果还清晰地勾划了各块体间的焊接边界。120km深度的速度图象表明,扬子准地台自秦岭以南以龙门—大巴和盐源—丽江台缘褶带为其西部边界;西南以哀劳山褶皱带为界;东南则以右江褶皱带内的南盘江为界。 统计表明,地震活动与南北带的速度结构相关:从20km以上的速度图象发现,大地震大都发生在高速和低速间的过渡条带上。     

THE THREE DIMENSIONAL DENSITY STRUCTURE OF CRUST AND UPPER MANTLE IN THE CENTRAL-SOUTHERN PART OF LONGMENSHAN

In recent years, strong earthquakes of M_S8.0 Wenchuan and M_S7.0 Lushan occurred in the central-southern part of Longmenshan fault zone. The distance between the two earthquakes is less than 80 kilometers. So if we can obtain the inner structure of the crust and upper mantle, it will benefit us to understand the mechanism of the two earthquakes. Based on the high resolution dataset of Bouguer gravity anomaly data and the initial model constrained by three-dimensional tomography results of P-wave velocity in Sichuan-Yunnan region, with the help of the preconditioned conjugate gradient(PCG)inversion method, we established the three dimensional density structure model of the crust and upper mantle of the central-southern segment of Longmenshan, the spatial interval of which is 10 kilometers along the horizontal direction and 5 kilometers along the depth which is limited to 0~65km, respectively. This model also provides a new geophysical model for studying the crustal structure of western Sichuan plateau and Sichuan Basin. The results show obvious differences in the crustal density structure on both sides(Songpan-Ganzê block and Sichuan Basin)of Longmenshan fault zone which is a boundary fault and controls the inner crustal structure. In Sichuan Basin, the sedimentary layer is represented as low density structure which is about 10km thick. In contrast, the upper crust of Songpan-Ganzê block shows a thinner sedimentary layer and higher density structure where bedrock is exposed. Furthermore, there is a wide scale low density layer in the middle crust of the Songpan-Ganzê block. Based on this, we inferred that the medium intensity of the Songpan-Ganzê block is significantly lower than that of Sichuan Basin. As a result, the eastward movement of material of the Qinghai-Tibet plateau, blocked by the Sichuan Basin, is inevitably impacted, resulting in compressional deformation and uplift, forming the Longmenshan thrust-nappe tectonic belt at the same time. The result also presents that the crustal structure has a distinct segmental feature along the Longmenshan fault zone, which is characterized by obviously discontinuous changes in crustal density. Moreover, a lot of high- and low-density structures appear around the epicenters of Wenchuan and Lushan earthquakes. Combining with the projection of the precise locating earthquake results, it is found that Longmenshan fault zone in the upper crust shows obvious segmentation, both Wenchuan and Lushan earthquake occurred in the high density side of the density gradient zone. Wenchuan earthquake and its aftershocks are mainly distributed in the west of central Longmenshan fault zone. In the south of Maoxian-Beichuan, its aftershocks occurred in high density area and the majority of them are thrust earthquake. In the north of Maoxian-Beichuan, its aftershocks occurred in the low density area and the majority of them are strike-slip earthquake. The Lushan earthquake and its aftershocks are concentrated near the gradient zone of crustal density and tend to the side of the high density zone. The aftershocks of Lushan earthquake ended at the edge of low-density zone which is in EW direction in the north Baoxing. The leading edge of Sichuan Basin, which has high density in the lower crust, expands toward the Qinghai-Tibet Plateau with the increase of depth, and is close to the west of the Longmenshan fault zone at the top of upper mantle. Our results show that there are a lot of low density bodies in the middle and lower crust of Songpan-Ganzê Block. With the increase of the depth, the low density bodies are moving to the south and its direction changed. This phenomenon shows that the depth and surface structure of Songpan-Ganzê Block are not consistent, suggesting that the crust and upper mantle are decoupled. Although a certain scale of low-density bodies are distributed in the middle and lower crust of Songpan-Ganzê, their connectivity is poor. There are some low-density anomalies in the floor plan. It is hard to give clear evidence to prove whether the lower crust flow exists.     

长江三峡地区三维重力反演研究

本文根据最新获得的长江三峡工程坝区及外围1/50万完全布格重力异常图和人工地震测深结果,利用Parker-Oldenburg快速位场反演方法研究了该区地壳深部结构.在计算过程中,通过采用模型分解、正则化及自下而上逐层反演等方法,首次获得了该区上、中、下地壳分界面的展布图象,并围绕着该区地壳深部构造的几个共同关心的问题讨论了它们的地质构造意义.     

长江三峡地区三维重力反演研究

本文根据最新获得的长江三峡工程坝区及外围1/50万完全布格重力异常图和人工地震测深结果,利用Parker-Oldenburg快速位场反演方法研究了该区地壳深部结构.在计算过程中,通过采用模型分解、正则化及自下而上逐层反演等方法,首次获得了该区上、中、下地壳分界面的展布图象,并围绕着该区地壳深部构造的几个共同关心的问题讨论了它们的地质构造意义.     

勒夫波群速度频散与太平洋地壳及上地幔三维构造

应用现代适配滤波频时分析技术对SRO/GDSN长周期面波记录进行处理,获得穿过太平洋盆地的117条波路径的勒夫波频散数据。我们用改进的分格频散反演方法,从混合路径频散数据中提取出对应于构成整个太平洋盆地的10°×10°分格的纯路径频散数据。所获得的18s到215s范围内的28个周期的太平洋勒夫波群速度的横向分布,揭示了速度随海底年龄的增大而逐渐增加的总趋势,以及其它变化细节。例如,对于同一等年龄线区而言,北太平洋及南太平洋的群速度要比中太平洋的低0.1-0.3km/s。在分格模型反演的基础上得出的深至300km的三维剪切波速度结构提供了太平洋盆地地壳及上地幔横向不均匀性的详尽的描述。     

中国南北带地壳上地幔三维面波速度结构和各向异性

本文用长周期763地震仪面波群速度资料反演了中国南北带及邻区的三维速度结构.其中采集238条瑞利波和358条勒夫波混合频散曲线,使用均等显示滤波方法,并以4°×4°为一格将我国境内分为147格.用随机逆反演方法得到了研究区16格的纯路径频散.面波速度结构及演结果表明:1.莫霍界面深度一般在40—50km之间,最深达65km.总趋势是从东到西加深,且在南北带西侧南北两端向中部明显加深,东侧变化小.2.地幔顶部普遍出现很厚的低速层,上界面一般埋深60—80km.上地幔顶盖厚度一般为20—60km,速度为4.30—4.50km/s.3.研究区普遍存在各向异性,而且勒夫波和瑞利波速度的差值(VSV—VSH)的绝对值随深度有增大的特点,在南北带南部和西北部VSV—VSH各向异性现象更为明显.     

中国南北带地壳上地幔三维面波速度结构和各向异性

本文用长周期763地震仪面波群速度资料反演了中国南北带及邻区的三维速度结构.其中采集238条瑞利波和358条勒夫波混合频散曲线,使用均等显示滤波方法,并以4°×4°为一格将我国境内分为147格.用随机逆反演方法得到了研究区16格的纯路径频散.面波速度结构及演结果表明:1.莫霍界面深度一般在40—50km之间,最深达65km.总趋势是从东到西加深,且在南北带西侧南北两端向中部明显加深,东侧变化小.2.地幔顶部普遍出现很厚的低速层,上界面一般埋深60—80km.上地幔顶盖厚度一般为20—60km,速度为4.30—4.50km/s.3.研究区普遍存在各向异性,而且勒夫波和瑞利波速度的差值(V_(SV)—V_(SH))的绝对值随深度有增大的特点,在南北带南部和西北部V_(SV)—V_(SH)各向异性现象更为明显.     

上地幔物质运移与地壳形变

本文据根GEM 10 B地球模型计算得到的卫星自由空间重力异常,分析了上地幔物质流运移的动力学关系。对在青藏高原上地壳的楔入作用影响下,上地幔物质流的运移状态及所造成的地壳形变进行了讨论。并对中国西南部壳体强烈的地壳形变以及频繁的地震活动的力源机制问题进行了探讨。