青藏高原东北缘-鄂尔多斯地壳上地幔地震层析成像研究

根据横跨青藏高原东北缘—鄂尔多斯地区的流动宽频带地震台阵和区域地震台网的走时数据,利用地震层析成像方法研究了该地区400km深度范围内地壳上地幔的P波速度结构. 结果表明：青藏高原东北缘—鄂尔多斯地区地壳上地幔结构呈明显的横向不均匀性. 这种不均匀性体现在不同块体之间,同时也存在于块体内部;青藏高原东北缘上地幔P波平均速度低,而鄂尔多斯地块的P波平均速度高,这与两个地块的地质构造活动特征相吻合. 在青藏高原东北缘与鄂尔多斯地块之间的上地幔存在宽约200km的过渡带,该过渡带在地表的界限在兰州—海原之间,在上地幔表现为向东45°左右的倾斜条带,基本结构特征表现为高速与低速物质的混杂;青藏高原内部的柴达木地块平均速度偏低,而祁连地块的上地幔的平均速度偏高,两者相差约8髎;在泽库、兰州和海原地区的上地幔顶部有明显的低速体侵入特征.     

天山地壳上地幔的S波速度结构

2003年4月—2004年9月，中国地震局地质研究所地震动力学国家重点实验室横跨天山布设了由60个观测台站组成的流动宽频带地震台阵。其中，沿奎屯-库车横跨天山的观测剖面共有51个台站，剖面长度近500 km。利用接收函数方法（刘启元等，1996，2005），得到了沿该剖面的接收函数和100 km深度范围内的地壳上地幔Ｓ波速度结构。与前人的探测结果相比，本文的结果进一步揭示了横跨中国境内天山造山带地壳结构的横向变化，给出了天山地壳变形和盆山耦合关系的新证据。结果表明     

天山-准噶尔地区地震层析成像与壳幔结构

通过对东西天山两条天然地震剖面的远震P波与近震P波走时资料以及2001-2007年新疆地方台网的近震走时资料分析,获得了天山-准噶尔地区的三维地震层析图像.层析反演使用的台站数140个,地震事件1132个,P波走时数24904条.检测板试验结果指出,东西天山剖面、天山轴部和东准噶尔地区P波速度扰动恢复能力相对高.纵波波...     

中国境内天山上地幔小尺度对流与造山作用

根据横跨天山的流动地震台阵记录的走时数据, 利用地震层析成像技术获得了库车-奎屯剖面660 km深度内上地幔P波速度结构. 由P波速度模型导出了相应的上地幔二维密度模 型. 利用有限单元方法联合网格-粒子方法, 研究了中国境内天山由于密度差异分布引起的上地幔小尺度对流. 给出了对流的基本形态特征, 并分析了上地幔对流与造山作用的相互影响关系. 结果表明: (1) 北天山—准噶尔盆地下方的上地幔中存在一个逆时针对流环, 对流环尺度为500 km左右; (2) 南天山—塔里木盆地一侧的上地幔中存在一个顺时针对流环, 但相对较弱; (3) 上地幔对流速度值在很大程度上受黏滞系数变化的影响, 但天山上地幔顶部对流速度值不应小于20 mm/a; (4) 塔里木盆地向北的水平推挤作用是天山新生代隆升的决定性因素, 同时, 上地幔小尺度对流对天山现今构造变形格局也起着重要作用; (5) 塔里木板块向北的运动对上地幔对流场的影响很小.     

川西龙门山及邻区地壳上地幔远震P波层析成像

本文利用川西地震台阵记录到的远震P波走时数据和非线性层析成像算法,获得龙门山地区400 km深度范围内的三维P波速度结构.为了适应川西地区复杂的地质结构,本文的层析成像方法采用了快速行进三维走时计算算法和Tarantola非线性反演算法.我们的结果揭示了川滇地块、松潘—甘孜地块和四川盆地三个不同地块构造差异及该区深部动力学特征.本文的研究表明：1）研究区地壳上地幔P波速度结构具有较为明显的分区特征,松潘—甘孜地块和川滇地块岩石圈速度较低,四川盆地岩石圈速度较高,四川盆地的岩石圈厚度从南250 km向北逐渐减薄至100 km.松潘—甘孜地块上地幔存在地幔上涌的特征.2）川滇地块和四川盆地仅是垂直接触关系,而在龙门山地区四川盆地前缘存在减薄的现象,并伴随松潘—甘孜地块上地幔低速物质有侵入四川盆地岩石圈下方的特征,这显示了四川盆地与松潘—甘孜地块和川滇地块的动力学关系的差异.3）以映秀为界,龙门山断裂带被从松潘—甘孜侵入的低速异常分为南北两段：龙门山南段和龙门山北段,汶川大地震及其余震序列均分布在龙门山断裂带的北段.在青藏高原向东挤压和地幔上涌的双重作用下造成松潘—甘孜地块隆升,由于汶川处于龙门山北段的最南端,应力容易在此集中.这些因素可能是汶川MS8.0地震的基本动力学背景.本文的结果不支持四川盆地的俯冲及层间流动的动力学模型.     

非均匀各向异性介质的地震P波走时层析成像研究

大陆动力学已经成为当今固体地球物理各领域研究的主导方向。大陆动力学涉及问题非常广泛,但核心问题是大陆形变及其动力学。地震各向异性是地球动力学过程的指示器,根据地震各向异性的研究结果,可以推断上地幔物质的流动或变形,有助于了解地球内部的应力状态和地球的演化过程。     

地震层析成像—地幔对流新模型的研究

利用地震层析成像数据计算地幔对流模型的方法。假设地幔地震层析成像数据对应的地幔横向不均匀结构是地幔热对流的结果，将地震层析成像数据转化为地幔温度不均匀分布。该方法考虑热流体动力学的3个基本方程，以及热输运方程中的非线性项，直接将上述地震层析成像转化的地幔温度不均匀分布作为内部荷载直接引入基本方程，进而反演计算地幔对流的基本格局。理论结果表明，对流格局不仅依赖地震层析成像数据，而且在很大程度上受地幔动力学框架和热动力参数（如Rayleigh数）以及边界条件和系统响应函数的影响。     

秦岭造山带上地幔各向异性及相关的壳幔耦合型式

秦岭是具有复杂地壳结构、经历长期构造演化的复合型大陆造山带.本文通过地震资料精细反演上地幔各向异性,探索秦岭造山带构造演化及成因动力.采用最小切向能量法、最小特征值法和"叠加"分析法求得覆盖秦岭造山带及周边地区41个地震台站的SKS横波分裂结果：快波偏振方向(φ)和快、慢波的时间延迟(δt),据此绘制了秦岭造山带上地幔各向异性图.将已发表的地表GPS观测结果与上地幔各向异性相结合作上地幔变形因素分析,发现秦岭造山带自西向东的上地幔变形因素不是单一垂直连贯变形或地幔流动,而是共存的.同时,其上地幔变形的主控因素有区域性变化.研究表明秦岭造山带西、中部上地幔变形以壳幔垂直连贯变形为主,属壳幔强耦合,东部壳、幔耦合变弱,上地幔变形以简单地幔流动为主控因素.同时,SKS快波偏振方向(φ)于秦岭造山带显示出南缘略向北凸、北缘略向南凸的弧形展布,反映了造山带两侧刚性较强的扬子地块与鄂尔多斯地块旋转与秦岭造山带南北缘弧形流动有关.     

华北地区地壳上地幔三维P波速度结构

利用华北地震科学台阵和首都圈地震台网记录的4511次近震和625次远震的P 波到时数据,采用纬度和经度方向分别为0.5deg;times;0.5deg;的网格划分,反演得到了华北北部地区（111deg;E——120deg;E,37deg;N——42deg;N）深至400km 的地壳上地幔三维P 波速度结构.层析成像结果表明,研究区的速度存在明显的横向不均匀性,随着深度增加横向不均匀性总体呈现减弱趋势.燕山隆起带在60——120km 深度内存在明显的高速异常,这与较大的岩石圈厚度有关;山西裂陷盆地、华北平原下方60km 深度存在明显低速异常,与软流圈的出现有关.燕山隆起带岩石圈厚度在120km 以上,明显比太行山隆起的岩石圈厚度大,与稳定大陆地区的岩石圈厚度一致.太行山山前断裂已切穿莫霍面,贯入岩石圈.研究区上地幔顶部大范围的低速异常反映了软流圈上隆的特点.在华北平原及燕山隆起下方200——300km 存在高速异常可能与太古代大陆板块岩石圈的残留体有关.     

中国西北及周边地区上地幔密度异常驱动小尺度对流

假设地震层析成像提供的地震波速异常对应于上地幔物质的密度异常分布,而该密度异常直接源于上地幔热对流相应的温度扰动. 在给定边界条件下,利用三维傅里叶变换,在波数域内求解控制流体行为的运动方程和连续性方程,得到上地幔小尺度对流流场. 利用密度异常驱动上地幔小尺度对流的数学 物理模型,采用胥颐、刘福田等提供的地震层析成像数据计算得到了我国西北及周边地区上地幔对流模式. 结果表明,对流流场的顶部在岩石圈较薄的盆地区域呈现上升发散流动特征,如塔里木盆地、柴达木盆地、哈萨克斯坦块体及准噶尔盆地;岩石圈较厚的山脉则对应了会聚下降的流动特征,如天山山脉、昆仑山山脉和祁连山山脉. 同时,塔里木盆地处于拉张状态,驱动其上地幔物质南下向青藏高原北部西昆仑运动,以及北上向天山下部流动,这可能是天山隆升的原因之一.      

Shear wave velocity structure of the crust and upper mantle underneath the Tianshan orosenic belt

From April,2003 to September,2004,a passive broadband seismic array consisting of 60 stations was deployed over the Tianshan orogenic belt by State Key Laboratory of Earthquake Dynamics,Institute of Geology,China Earthquake Administration.Among them,51 stations make up an about 500-km-long profile across the Tianshan Mountains from Kuytun to Kuqa.The receiver function profile and S-wave velocity structure of the crust and upper mantle down to 100 km deep are obtained by using the receiver function method (Liu et al.1996,2000).The main results can be summarized as follows:(1) A clear mountain root does not exist beneath the Tianshan Mountains,and the crust-mantle boundaries underneath the stations mostly have transitional structures.This implies that the material differentiation between the crust and mantle is not yet accomplished and the orogenic process is still going on.(2)The crust beneath the Tianshan Mountains has laterally blocked structures in direction perpendicular to the mountain strike,and the crust-mantle boundary has a clear dislocation structure.Both of them correspond to each other.(3)The offsets of the Moho discontinuity are highly correlated to the tectonic borders on the surface and that corresponding to the frontal southern Tianshan fault reaches to 14 km.This manifests that large vertical divergent movement took place between different blocks.This supports the discontinuous model of the Tianshan orogeny,and the Tarim block subduction is restricted only to the southern side of the South Tianshan.(4)Inside the upper and middle crust of the Tianshan Mountains exist several low-velocity bodies correlated with high seismicity located on the mountain-basin jointures on both sides of the mountain and between different blocks,and the low-velocity bodies on the mountain-basin jointures are inclined obviously to the mountain.This implies that the low-velocity bodies may be correlated closely to the thrust and subduction of the basins on both sides of the mountain,the splicing of adjacent blocks and the fast uplift of the Tianshan Mountains.     

Shear wave velocity structure of the crust and upper mantle underneath the Tianshan orogenic belt

From April, 2003 to September, 2004, a passive broadband seismic array consisting of 60 stations was deployed over the Tianshan orogenic belt by State Key Laboratory of Earthquake Dynamics, Institute of Geology, China Earthquake Administration. Among them, 51 stations make up an about 500-km-long profile across the Tianshan Mountains from Kuytun to Kuqa. The receiver function profile and S-wave velocity structure of the crust and upper mantle down to 100 km deep are obtained by using the re-ceiver function method (Liu et al. 1996, 2000). The main results can be summarized as follows: (1) A clear mountain root does not exist beneath the Tianshan Mountains, and the crust-mantle boundaries underneath the stations mostly have transitional structures. This implies that the material differentia-tion between the crust and mantle is not yet accomplished and the orogenic process is still going on. (2) The crust beneath the Tianshan Mountains has laterally blocked structures in direction perpendicular to the mountain strike, and the crust-mantle boundary has a clear dislocation structure. Both of them correspond to each other. (3) The offsets of the Moho discontinuity are highly correlated to the tectonic borders on the surface and that corresponding to the frontal southern Tianshan fault reaches to 14 km. This manifests that large vertical divergent movement took place between different blocks. This sup-ports the discontinuous model of the Tianshan orogeny, and the Tarim block subduction is restricted only to the southern side of the South Tianshan. (4) Inside the upper and middle crust of the Tianshan Mountains exist several low-velocity bodies correlated with high seismicity located on the moun-tain-basin jointures on both sides of the mountain and between different blocks, and the low-velocity bodies on the mountain-basin jointures are inclined obviously to the mountain. This implies that the low-velocity bodies may be correlated closely to the thrust and subduction of the basins on both sides of the mountain, the splicing of adjacent blocks and the fast uplift of the Tianshan Mountains.     

环渤海地区的地震层析成像与地壳上地幔结构

利用环渤海地区的天然地震P波到时资料,采用纬度和经度方向分别为0.5°×0.6°的网格划分,反演了该地区地壳上地幔的三维P波速度结构.初步结果表明,环渤海地区地壳上地幔的速度结构具有明显的横向不均匀性：京津唐地区地壳中上部的速度异常反映了浅表层的地质构造特征,造山带和隆起区对应于高速异常,坳陷区和沉积盆地对应于低速异常;地壳下部出现大规模的低速异常与华北地区广泛存在的高导层相对应,估计与壳内的滑脱层和局部熔融、岩浆活动有关;莫霍面附近的速度异常反映了地壳厚度的变化及壳幔边界附近热状态的差异;上地幔顶部大范围的低速异常可能是上地幔软流层热物质大规模上涌所致.     

黏滞分层地幔中密度异常驱动对流模型的研究

在地震层析成像计算的地幔密度异常直接驱动地幔对流的新方法的基础上,发展了在上、下地幔不同黏性结构框架下,密度异常驱动地幔对流的物理模型.利用 Grands和S12-WM13等地震层析成像模型推得的地幔密度异常分布,设置板块绝对运动极型场为运动上边界,考虑深度660km地震波不连续面为界的上、下地幔之间存在黏滞性的差异,直接反演了不同黏滞系数的双层地幔结构下地幔对流的模式.研究中选取地幔平均密度为ρ=5500kg/m3, 上层地幔平均黏滞系数为μ=1021Pa·s,计算了上、下地幔黏滞系数之比为1∶1, 1∶10, 1∶100和1∶1000时地幔大圆剖面、以及区域剖面上的流场.结果表明,两种模型在球谐展开1～13阶的范围内其对流的基本格局相似.当下地幔黏滞性超过上地幔的100倍时,下地幔流场速度与上地幔的流场速度相比显著减小,但是对流仍然表现出单层对流环的基本格局.论文还用 240km深度球面上的对流格局讨论了对流和全球构造之间的关系.     

甘肃天水地区地壳上部二维速度结构成像研究

利用有限差分和不规则网格最小二乘正反演算法,对青藏高原东北缘暨西秦岭天水－武都地区两条高分辨人工地震测深剖面的Pg波走时进行层析成像反演,结果显示该区基底界面起伏较大,构造复杂,断裂丰富、较陡且延伸较大,多数断层切割基底.礼县-西和之间的低速异常反映了沉积盆地的结构特征,结晶基底深度在5 km左右.武山以东速度等值线横向变化明显,表现为褶皱.成县盆地速度变化平缓且速度值相对较高,基底埋深较浅,深度不到3 km.礼县附近存在一条近南北断裂,5 km深度以下有明显的上涌低速异常,可能为青藏高原深部幔源物质上升的通道.     

新疆天山中段地壳和上地幔顶部P波速度结构研究

天山造山带一直以来是研究盆山耦合作用的理想场所, 深入理解这一地区的壳幔结构对认识天山造山带深部动力学过程具有重要意义.本研究基于2009—2020年新疆区域数字地震台网固定台站、震后架设应急流动台站以及部分宽频带流动地震台站记录到的MS≥1.5地震到时资料, 采用双差地震层析成像方法反演获得了新疆天山中段精细的地壳和上地幔顶部三维P波速度结构和地震震源参数.结果显示: 新疆天山中段具有复杂的深浅构造关系, 地壳浅部及上地壳P波速度结构与地表地质构造密切相关, 高速异常区对应于天山造山带, 低速异常区对应于沉积盆地.研究区中东段中地壳和下地壳存在较大范围低速区, 与两侧准噶尔盆地和塔里木盆地上地壳和中地壳低速区相连, 且准噶尔盆地和塔里木盆地下地壳及上地幔顶部双向均向新疆天山中段下方倾斜.结合前人诸多研究成果推测, 在南北向构造挤压作用下, 塔里木盆地与准噶尔盆地双向向天山造山带壳幔岩石圈发生"层间插入与俯冲削减".重定位后地震分布显示, 地震震源深度优势范围为0~25 km, 主要沿断裂带、盆山结合部以及不同块体接触部位分布, 且与壳内低速体有较好的相关性.这些结果可能为研究新疆天山中段地壳和上地幔顶部速度结构和动力学过程提供参考依据.     

3-D velocity structure beneath the crust and upper mantle of Aegean Sea region

The region of the Aegean Sea and the surrounding areas in the Eastern Mediterranean lies on the boundary zone between the Eurasian and the African plates. It is a zone of widespread extensive deformation and, therefore, reveals a high level of seismicity.Three-dimensional velocity structure, beneath the crust and upper mantle of the region between 33.0°N–43.0°N and 18.0°E–30.6°E, is determined.The data used are arrival times ofP-waves from 166 earthquakes, recorded at 62 seismological stations. In total, 3973 residual data are inverted.The resultant structure reveals a remarkable contrast of velocity. In the top crustal layer, low velocities are dominant in Western Turkey and on the Greek mainland, while a high velocity zone is dominant in the Ionian Sea and in the southern Aegean Sea.In the upper mantle, high velocity zones dominate along the Hellenic arc, corresponding to the subducting African plate and in the northern part of the region, corresponding to the subducting African plate and in the northern part of the region, corresponding to the margin of Eurasian plate.A low velocity zone is dominant in the Aegean Sea region, where large-scale extension and volcanic activity are predominant, associated with the subduction of the African plate.     

3-D velocity images of the crust and upper mantle of the Tianshan area

（胥颐，朱介寿，刘志坚，张华卿，朱燕）３－ＤｖｅｌｏｃｉｔｙｉｍａｇｅｓｏｆｔｈｅｃｒｕｓｔａｎｄｕｐｐｅｒｍａｎｔｌｅｏｆｔｈｅＴｉａｎｓｈａｎａｒｅａ￥ＹｉＸＵ；Ｊｉｅ－ＳｈｏｕＺＨＵ；Ｚｈｉ－ＪｉａｎＬＩＵ；Ｈｕａ－ＱｉｎｇＺＨＡＮＧａｎｄＹａ...     

横跨天山的宽频带流动地震台阵观测

中国地震局地质研究所台阵地震学实验室于2003年4月—2004年9月,横跨天山布设了由60台仪器组成,总长度超过500 km,宽频带流动地震观测剖面.野外观测记录地震事件1434个.横跨天山的接收函数剖面表明,沿测线地壳结构复杂,介质存在明显的横向非均匀.同时,我们的初步结果还揭示了天山与两侧盆地的耦合关系,天山下方的壳幔界面较为模糊.