Inversion of Q value structure beneath the Tibet Plateau

ＩｎｖｅｒｓｉｏｎｏｆＱｖａｌｕｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｂｅｎｅａｔｈｔｈｅＴｉｂｅｔＰｌａｔｅａｕＪＩＡＮ－ＰＩＮＧＷＵ（吴建平）ａｎｄＲＯＮＧ－－ＳＨＥＮＧＺＥＮＧ（曾融生）（ＩｎｓｔｉｔｕｔｅｆｏＧｅｏｐｈｙｓｉｃｓＳｔａｔｅＳｅｉｓｍｏｌｏｇｉｃ...     

Inversion of Q value structure beneath the Tibet Plateau

A total of 11 earthquakes with 15 Rayleigh wave paths, recorded at 11 broadband digital PASSCAL seismometers installed in the Tibet Plateau by the Sino-U.S. joint research group, were used to determine the phase velocity and attenuation coefficient of surface waves in periods of 10–130 s. The average shear wave velocity and quality factor {ie271-1} structures in the crust and upper mantle were obtained in this region. The result shows the average {ie271-2} is low and there exists a high attenuation ({ie271-3}=93–141) layer in the crust. The depth range of the low {ie271-4} value layer (16–42 km) is consistent with the range of low velocity layer (21–51 km) in the crust. Below 63 km in the lower crust, {ie271-5} decreases with depth from 114 to 34 at depth of 180 km. The low shear wave velocity and low value of {ie271-6} at the same depth range in the crust indicate that the rocks in the range is probably melted or partially melted. According to the shear wave velocity structure, the average thickness of the crust is about 71 km and a clear velocity discontiniuty appears at the depth of 51 km. The low-velocity zone (4. 26 km/s) at depth of 96–180 km may be corresponding to the asthenosphere. Contribution No. 96A0047, Institute of Geophysics, SSB, China. This study was supported by the National Natural Science Foundation of China.     

基于大地电磁测深的藏南雅鲁藏布江缝合带电性结构研究

为研究日喀则市活动断裂深浅部构造关系及深部孕震机制,跨雅鲁藏布江谢通门—日喀则段部署了48个宽频大地电磁测深点,剖面长度为108 km。在二维反演的基础上对壳幔200 km深度范围内的电性结构进行了探测研究。剖面自南向北依次经过喜马拉雅地块、雅鲁藏布江缝合带和拉萨—冈底斯地块。喜马拉雅地块地壳表现为高阻特性,其北侧的仲巴—郎杰学陆缘移置混杂地体发育了深达上地幔盖层的巨厚的北倾低阻体;雅鲁藏布江主缝合带表现为喇叭状低阻通道,宽约10 km,存在深浅部两处低阻体,浅部南倾深部北倾,低阻通道南部发育近似直立或南倾的高阻日喀则蛇绿岩,北部发育近直立的高阻冈底斯花岗岩体,整体表现为两个高阻异常体中间夹一个连通壳幔的带状低阻通道;拉萨—冈底斯地块以高阻为主,中下地壳普遍发育低阻体。缝合带附近因板块俯冲作用导致壳幔局部增厚或减薄,表现为电性的梯度变化,表现为低阻特性的部分则是壳幔物质的运移通道。      

基于三重震相的青藏高原东缘岩石圈地幔波速结构

本文利用中国数字地震台网记录到的中国青海和缅甸弧发生的两次浅源地震的区域波形资料,在以Crust2.0改进AK135模型所构建的参考模型C2AK的基础上,通过三重震相波形拟合的方法,获得了青藏高原东部下方从莫霍面至上地幔顶部180 km深度范围内的P波和S波最佳拟合模型。最佳模型显示:松潘—甘孜地块（A和B剖面）下方的P波速度比C2AK模型高5%,而川滇地块（C剖面）下方上地幔顶部的P波速度要比参考模型低5%,且随深度逐渐增加,直至120 km处与C2AK模型值相同;松潘—甘孜地块下方的S波速度较C2AK模型要高3%。上述区域性速度结构差异表明,相对于松潘—甘孜地块,川滇地区的岩石圈地幔存在着更明显的挤出效应。      

利用双差走时成像研究青藏高原东缘地壳速度结构

青藏高原东缘断裂密布, 强震频发, 是研究高原侧向挤出及深部孕震环境的理想实验室.为了解龙门山次级块体及其西界龙日坝断裂带在青藏高原东缘隆升过程中的作用, 我们基于四川地震台网64个宽频带地震台在2008年1月至2015年12月期间记录的震级≥3.0地震事件波形, 利用双差层析成像方法揭示了四川盆地及青藏高原东缘的地壳速度结构.结果表明: 夹持于龙门山断裂带(LMSF)与龙日坝断裂带(LRBF)之间的龙门山次级块体, 相对东侧龙门山断裂带和四川盆地呈现明显的低速特征.结合该区域的低阻、低密度结构特征, 以及块体内部、特别是龙日坝断裂带现今地震活动缺乏, 我们推测这是因为该块体"相对较软", 不易脆性破裂产生地震, 在青藏高原东缘与扬子块体西缘强烈相互作用过程中, 该块体主要通过地壳缩短增厚和地表隆升吸收板块挤压造成的累积应变能.依据本文获得的速度等值线变化特征及已有地球物理剖面探测结果, 推测龙日坝断裂带为深部向南东倾斜且向下切入基底, 该断裂倾角较陡, 主要以走滑运动调节应变能, 而东侧龙门山断裂带倾角较缓, 表现为逆冲运动导致的地壳缩短是其调节应变能的主要形式.此外, 据本文多条速度剖面及已有电性剖面、重力异常的联合约束, 我们推测鲜水河、安宁河断裂带均以较大倾角向南东倾斜, 至少延伸至中下地壳.     

青藏高原东北缘岩石圈三维密度结构

综合重力观测资料和地震波走时资料反演了青藏高原东北缘岩石圈三维密度结构,并对该区岩石圈结构及动力学特征进行了讨论.首先利用收集到的P波近震和远震走时数据进行地震层析成像,得到研究区岩石圈三维P波速度结构.然后利用速度-密度经验关系式,将速度扰动转化为密度扰动建立研究区三维初始密度模型.最后利用分离的布格重力异常反演得到了岩石圈三维密度结构.反演结果表明:青藏高原东北缘地壳密度结构特征有利于地震孕育发生和地壳物质侧向流动;地壳内,密度异常等值线走向与地表断裂走向基本一致,进入地幔后,密度异常等值线走向发生了顺时针旋转,这表明青藏高原东北缘地壳和地幔具有不同的构造运动模式,暗示该区可能发生了壳幔解耦;80~100 km深度上,P波速度异常较密度异常明显偏低,推测该区可能发生了部分熔融或者岩石含水量的增加;印度板块俯冲和周围坚硬块体阻挡联合作用,使得青藏高原东北缘形成了强大的区域构造应力场,并导致深部软流圈热物质上涌,为该区壳幔解耦、部分熔融和P波速度降低创造了条件.     

基于电性结构模型的青藏高原东缘上地幔热结构研究

研究青藏高原东缘地区的深部物质结构对于理解青藏高原的隆升及扩张机制具有重要的科学意义.本文将青藏高原东缘实测大地电磁测深剖面反演所得的岩石圈电性结构模型与高温高压岩石物理实验测得的上地幔矿物和熔融体导电性定量关系相结合,通过Hashin-Shtrikman（HS）边界条件建立上地幔电导率与温度、熔融百分比等参数的定量关系,在此基础上计算得到了青藏高原东缘上地幔热结构及熔融百分比分布模型.研究结果表明在青藏高原东缘地区通过大地电磁测深方法所探测到的上地幔低阻体可以解释为由高温作用所产生的局部熔融区域.其中,松潘—甘孜地块上地幔高导体对应的温度介于1300~1500℃之间,熔融百分比可高达10%,支持前人将松潘—甘孜地块内部的低阻体解释为局部熔融的观点.龙门山断裂带以东、四川盆地西缘的上地幔高导体温度介于1200~1400℃之间,熔融百分比介于1%~5%左右,表明扬子克拉通的西缘可能正在经历一定程度的活化作用.龙门山断裂带下方的上地幔高阻体温度介于1100℃附近,基本没有发生局部熔融,具有较冷的刚性块体特征,与该区域频发的地震活动相吻合.四川盆地东部的扬子上地幔温度介于800~900℃之间,没有发生局部熔融,符合古老稳定的克拉通块体的基本特征.

     

Seismic anisotropy beneath Southern Tibet

ＳｅｉｓｍｉｃａｎｉｓｏｔｒｏｐｙｂｅｎｅａｔｈＳｏｕｔｈｅｒｎＴｉｂｅｔＱＩＮＧ－ＴＩＡＮＬＵＩ（吕庆田），ＫＡＩ－ＹＩＭＡ（马开义），ＭＥＩＪＩＡＮＧ＇（姜枚），Ａ．ＨｉｒｎａｎｄＡ．Ｎｅｒｃｅｓｓｉａｎ（ＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＭｉｎｅｒａｌＤｅ...     

青藏高原东北缘上地幔多尺度层析成像

利用布设在青藏高原东北缘地区的甘肃宽频带地震台阵记录到的远震P波走时数据,采用小波域参数化和基于L1范数的稀疏约束反演算法的多尺度层析成像方法,得到了该地区400 km深度范围内上地幔的P波速度结构.本文采用的多尺度层析成像方法可以自适应数据非均匀采样的情况,有效降低谱泄漏效应和反问题的多解性,明显提高解的分辨率和可靠性.层析成像结果表明青藏高原东北缘上地幔整体上显示为低速特征,扬子地块上地幔则显示为高速特征,两者之间上地幔存在清晰的块体边界带,该边界带位于东经104°-105°之间并且随深度的增加逐渐东移.该特征暗示了青藏高原上地幔物质向东扩张的机制,但在西秦岭上地幔顶部不存在物质运移的通道.青藏高原东北缘内部也具有明显的分区特征,松潘-甘孜地块上地幔P波速度整体呈低速特征,而柴达木地块的上地幔顶部具有相对高速特征,而在上地幔200 km以下这两个地块间的差别逐渐减小.1654年天水地震和1879年武都地震都发生在扬子地块与青藏高原的碰撞交汇区,其震中下方上地幔显示为高低速转换结构.

     

青藏高原中东部地壳和上地幔顶部P波层析成像

为获取青藏高原中东部地壳和上地幔顶部的精细结构,本文基于1万4 484条天然地震的P波（Pg和Pn）到时数据,对青藏高原中东部地壳和上地幔顶部进行P波三维速度结构层析成像,获取了该区域内地壳P波、上地幔顶部Pn波的速度结构和地壳厚度信息。层析成像结果显示,青藏高原中东部地壳P波速度范围为5.2—7.2 km/s,上地幔顶部Pn波速度范围为7.7—8.4 km/s,地壳厚度范围为48.0—68.6 km,地壳和上地幔顶部存在强烈的横向不均匀性,与地质块体分布有较好的对应关系。地壳P波速度结构显示,研究区中、下地壳分布有较大范围的低速区,上地壳与中下地壳P波分布存在明显的差异:羌塘地块和巴颜喀拉地块在上地壳主要表现为高速异常,随着深度增加逐渐表现为低速异常;而柴达木地块在上地壳主要表现为低速异常,下地壳则表现为高速异常;柴达木地块和拉萨地块在上地幔顶部表现为较高的Pn波速度,最高约为8.4 km/s,而在巴颜喀拉地块和羌塘地块东部,Pn波总体上表现为低速,最低约为7.7 km/s。研究区内地壳厚度的总体特征表现为南厚北薄,其中羌塘地块东部和拉萨地块的地壳较厚,而柴达木地块和巴颜喀拉地块东部的地壳相对较薄,羌塘地块西部存在局部的地壳变薄现象,反映了印度板块对欧亚板块北向俯冲作用下的岩石圈变形特征。      

Nature of the upper crust beneath central Tibet

A wide-angle reflection/refraction seismic line obtained through Sino-French joint research near the Bangung-Nujiang Suture in Tibet [1] yielded crustal velocity estimates for both P and S waves. AV_p/V_s ratio of 1.65 was derived fo waves propagating in the upper ( < 25 km) crust. According to the high-pressure, high-temperature velocity measurements of Kern [2] and others, such a ratio implies the presence of quartz-rich rocks, e.g., granites and granitic gneisses, in the upper Tibetan crust. Because of the high geothermal gradient in Tibet ( > 50°C/km near the surface), a shallow low-velocity zone is expected to form in a granitic upper crust for both P and S waves. A two-dimensional ray-tracing study indicates that the observed first P and S waves [1] can be interpreted as diving waves above a low-velocity zone where a positive gradient exists. The low-velocity zone commences at a depth of 10 km and extends possibly to 20 km or deeper.     

青藏高原东北缘祁连山中部精细地壳结构研究

现今的青藏高原东北缘祁连山地区是在早古生代构造格架的基础之上,于新生代在欧亚大陆与印度大陆碰撞拼合的远程影响下,重新活化进而隆起成为高原的组成部分.因此,该区域地壳结构的揭示不仅可以获得高原地壳变形方式的关键信息,而且也能对该区域早古生代晚期北祁连洋闭合时的相关构造演化提供重要证据.本文以一条穿过青藏高原东北缘祁连山中部地区的深地震反射剖面为基础,结合前人地质、地球物理资料,通过细致的地质构造解译,获得了青藏高原东北缘祁连山中部地区的精细地壳结构.反射剖面图像揭示了海原断裂西段的深部延伸形态、中地壳的双重构造、以及中下地壳的祁连逆冲断裂系等精细的深部构造.结合前人的地质以及地球物理资料,我们提出早古生代晚期北祁连闭合时的南向俯冲以及新生代以来祁连山地区两次陆内俯冲作用可能造就了现今的祁连山.

     

基于Vp/Vs波速比模型约束的张渤地震带深部电性结构研究

张渤地震带是中国东部地区一条重要的北西向地震活动带,获取深部精细的电性结构有助于探究该区域深部孕震环境及动力学机制等科学问题.为了提高大地电磁法深度分辨率,本文提出基于Vp/Vs波速比地震学模型约束的二维大地电磁反演法,通过理论模型合成数据检验了算法的可靠性.将算法应用于张渤地震带大地电磁测深资料,对比分析大地电磁无约...     

多尺度阵列嵌套组合反演宾川气枪源区横波速度结构

本文基于多尺度阵列嵌套组合的方式,利用频率-贝塞尔变换法（Frequency-Bessel,F-J方法）提取背景噪声面波频散信息,通过多个阵列融合的频散曲线反演得到宾川气枪发射台周边不同深度的横波速度结构.结果显示：浅层一阶面波频散信息的加入,使得基阶反演结果更加收敛,反演深度加深到8 km;深度在8 km以下的结构的研究利用多尺度阵列（密集台阵-宾川气枪台网-云南区域地震台网）嵌套组合的方式,面波基阶低频信息从0.55 Hz拓宽到0.008 Hz,使横波速度结构的反演深度显著增加,同时对反演过程提供约束,使得70 km深度以上的横波速度更收敛.由此本文所得的横波速度结构为该区地下结构的探测提供基础,多尺度阵列嵌套组合频散谱的研究方式也为以后区域结构的研究提供一种新的方法和思路.

     

Velocity structure and radial anisotropy beneath the northeastern Tibetan Plateau revealed by eikonal equation-based teleseismic P-wave traveltime tomography

Science China Earth Sciences - The northeastern Tibetan Plateau serves as the frontier for the northeastward expansion of the plateau. In this area, the Tibetan Plateau interacts with the...     

青藏高原下地壳流动方式的数值模拟研究

青藏高原存在柔性下地壳流动被越来越多的学者接受, 但是关于下地壳流动方式及速度存在争议。 地表运动有GPS等直接测量, 上地幔运动有S波分裂间接反映, 下地壳运动目前没有直接观测手段, 使得开展数值分析非常重要。 本文利用三维球壳黏弹性有限元模型研究了青藏高原下地壳柔性流动方式和流动速度。 本文通过对地表GPS观测资料的拟合与不同数值模型的对比分析, 认为青藏高原柔性下地壳东向流动遇到四川盆地的抵阻, 下地壳物质可能仅在高原东南方向存在物质外溢通道, 而在高原东北方向不存在类似的物质通道; 下地壳的流动速度比地表运动速率每年快几毫米至十几毫米, 对应的黏滞系数为10¹⁸~10¹⁹ Pa·s。     

藏北高原主要断裂带电性结构特征

对600线的部分测点及2100线的全部测点构成的五道梁—绿草山大地电磁深探测剖面进行了二维非线性共轭梯度反演,得到青藏高原中北部二维电性结构模型.根据该电性结构模型,结合研究区域重、磁及区域地质资料推断了青藏高原中北部主要断裂的位置、产状和切割深度等信息.研究结果表明,青藏高原中北部发育有F1—F16一系列深断裂.其中,F1(苟鲁山克错—囊谦断裂带)和F9(乌兰乌拉湖—玉树断裂带)共同构成金沙江缝合带的北界,是松潘—甘孜—可可西里地块与羌塘—唐古拉地块的分界线;F4、F10—F12共同构成昆仑断裂带,F4(阿尼玛卿断裂带)是南部松潘—甘孜—可可西里地体和北部北昆仑-柴达木地体的分界线;F6、F13—F16为柴北缘断裂带,由南倾的岩石圈深断裂F6和一系列产状相背、北倾的逆冲断裂F13—F16所构成;F7和F8可能反映岩石圈内产状平缓、隐伏的滑脱构造形迹.     

青藏高原岩石圈三维电性结构

本文报道通过综合大地电磁调查数据研究青藏高原岩石圈三维电阻率模型的初步成果.大地电磁法调查区域已经覆盖了高原大部分面积,为全区三维电阻率成像研究打下了可靠的基础.对多个测区大地电磁数据进行精细的同化处理和反演成像,取得了青藏高原可靠的岩石圈三维电阻率结构图像.成像的区域为28°N—35°N,80°E—104°E.三维反演计算时采用的网格尺寸为20 km×20 km,垂直方向不等间距剖分为26层.结果表明,青藏高原现今岩石圈电阻率扰动主要反映印度克拉通对亚欧大陆板块俯冲引起的热流体运动和大陆碰撞和拆离产生的构造.在岩石圈地幔,察隅地块、喜马拉雅地块和拉萨地块东部联成统一的高电阻率地块,它们反映了向北东俯冲的印度克拉通.雅鲁藏布江、班公—怒江和金沙江缝合带都有明显的低电阻率异常,表明岩石圈深处有热流体活动.雅鲁藏布江、班公—怒江和金沙江缝合带都有明显的低电阻率异常,也表明它们的岩石圈还有流体活动.青藏高原东部的低阻区沿100°E向地幔下方扩大,反映了金沙江断裂带有切穿岩石圈的趋势.地幔电阻率平面扰动的模式显示,青藏高原东西部的地体碰撞拼合形式和方向是不同的.在青藏高原西部,羌塘、拉萨和喜马拉雅等地体从北到南碰撞拼合.在青藏高原东部,羌塘—拉萨、察隅、印支、雅安和扬子等地体多方向拆离拼合,在地壳造成不正交的拆离带和压扭构造系.从高阻-低阻区的分布看,东部的地体拼合有地幔的根源,今后还会进一步发展.察隅地块岩石圈对青藏高原东部的楔入,使其北部和东部地块的岩石圈发生拆离撕裂,也造成热流体上涌的低电阻率异常.

     

黄土高原及邻区地壳P波速度结构

利用地震波走时联合反演算法(改进型最短路径算法)进行三维弯曲地震射线追踪正演, 以及共轭梯度法求解带约束的阻尼最小二乘问题进行反演, 同时更新速度模型和地震震中位置, 结合地方震和区域地震走时资料得到了黄土高原(含汾渭断陷盆地)及邻区地壳三维P波速度结构. 其横向变化结果表明, 研究区地壳内的P波高速异常区与其内的地震活动构造带相一致, 地震多发生在P波高速异常区的边缘或高、 低速异常区的交汇处. 秦岭山区和鄂尔多斯块体东南区为P波低速异常区. 而垂向变化结果则表明研究区存在低速异常区.      

黄土高原及邻区地壳P波速度结构

利用地震波走时联合反演算法(改进型最短路径算法)进行三维弯曲地震射线追踪正演,以及共轭梯度法求解带约束的阻尼最小二乘问题进行反演,同时更新速度模型和地震震中位置,结合地方震和区域地震走时资料得到了黄土高原(含汾渭断陷盆地)及邻区地壳三维P波速度结构.其横向变化结果表明,研究区地壳内的P波高速异常区与其内的地震活动构造带相一致,地震多发生在P波高速异常区的边缘或高、低速异常区的交汇处.秦岭山区和鄂尔多斯块体东南区为P波低速异常区.而垂向变化结果则表明研究区存在低速异常区.